其它 LHCP天线以不同的仰角指向海面；
[0026] 第二步、GNSS中频信号采集模块2采集天线单元1接收的GNSS直射信号和海面 的反射信号的中频信号，并进行编码传输；
[0027] 第三步、GNSS中频信号采集模块2采集的中频信号首先传给直射信号处理模块3， 对直射信号进行捕获、跟踪和定位，给出接收天线的位置、卫星位置、速度、仰角、方位角、 载波频率、载波相位、码序列参数，以及卫星信号功率的复数场。
[0028] 第四步、反射信号处理模块4根据直射信号处理模块3的输出多普勒频移和码序 列参数对反射信号进行处理，得到各卫星海面反射信号的延迟多普勒功率数据矩阵，该矩 阵包含镜反射信号的载波相位和功率的复数场；
[0029] 第五步、潮汐高度计算模块51根据反射信号处理模块4输出的镜反射信号的载波 相位和直射信号处理模块输出的直射信号的载波相位，计算反射信号相对于直射信号的载 波相位差，并转换成反射信号相对于直射信号的路径差，根据这个路径差计算出LHCP天线 到海面的高度，根据LHCP天线到参考海拔高度点的距离，推算得出海面的潮汐高度；
[0030] 第六步、波向反演模块52以理论仿真计算的延迟多普勒功率矩阵和反射信号处 理模块4输出的延迟多普勒功率矩阵为参数进行反演，得到海面粗糙度在不同方位上的分 布，计算出波向参数。
[0031] 第七步、有效波高和平均波周期反演模块53将反射信号处理模块4输出的反射信 号复数场除以直射信号处理模块3输出的直射信号复数场，得到复相干场序列，对复相干 场序列取方差，该方差是有效波高、平均波周期和卫星仰角的函数，根据这种映射关系可以 反演出波浪的有效波高和平均波周期两个参数；
[0032] 第八步、数据存储、输出与显示模块6将潮汐高度计算模块51、波向反演模块52和 有效波高和平均波周期反演模块53输出的参数进行存储备份，输出至指定终端，同时将数 据直观的显不出来。
[0033] 所述步骤一中，天线单元1的RHCP天线一个；LHCP天线个数大于等于两个，且其 中一个天线必须与RHCP天线朝向相反并指向海面；RHCP天线和LHCP天线都用高精度测量 型天线；所述的海面粗糙度、有效波高和平均波周期变化范围、及常数a和b的设定都可以 根据观测点的历史观测数据得到。
[0034] 所述步骤二中，GNSS系统包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的 Galileo系统和我国的BDS系统。本实用新型的GNSS中频信号采集模块2具备如下特征： 具有与所述天线单元1的天线个数相同的采集通道数，因而能够针对每个天线单独采集中 频信号；能够采集所有GNSS卫星的不同频段的信号或根据初始参数配置选择一种或多种 GNSS系统的频段采集信号。
[0035] 所述步骤三中，直射信号处理模块3需要输出每颗卫星信号功率的复数场，其它 的处理方法及参数的输出基本与传统方法相同。
[0036] 所述步骤四中，反射信号处理模块4根据直射信号处理模块3给的卫星信号的多 普勒频移和码序列参数，通过对载波频率和码序列的左右滑动，得到不同码延迟和多普勒 频移对应的反射信号功率矩阵，称为延迟多普勒功率矩阵。
[0037] 反射信号处理模块4需要处理得到每个LHCP天线的延迟多普勒功率矩阵，即阵列 延迟多普勒功率矩阵；其所需的镜反射信号功率的复数场和镜反射信号的载波相位仅从与 RHCP天线对称朝下的LHCP天线接收到的信号中得到，而不是其它LHCP天线的信号。
[0038] 所述步骤五中，潮汐高度计算模块51根据直射信号处理模块3得到的载波相位和 反射信号处理模块4得到的镜反射信号的载波相位，计算出镜反射信号相对于直射信号的 路径差，令该路径差用d表示，令直射信号处理模块3输出的卫星仰角用Θ表示，则LHCP 天线到海面的高度h按如下的公式计算：
【主权项】
1. 岸基阵列GNSS反射信号潮汐与多波浪参数综合探测系统，其特征在于包括天线单 元（I)，GNSS中频信号采集模块（2)，直射信号处理模块（3)，反射信号处理模块（4)，潮汐和 波浪参数反演模块（5)，所述的潮汐和波浪参数反演模块（5)包括潮汐高度计算模块（51)， 波向反演模块（52)，有效波高和平均波周期反演模块（53); 所述天线单元（1)，用于接收GNSS卫星发射的信号，包括一个右旋圆极化天线、两个或 以上的左旋圆极化天线和天线支架；所述的右旋圆极化天线朝向天顶方向，其中一个左旋 圆极化天线与右旋圆极化天线朝向相反，并指向海面，其它左旋圆极化天线以不同的仰角 指向海面； 所述GNSS中频信号采集模块（2)具有的采集通道的数量与所述天线单元（1)的天线 个数相同； 所述直射信号处理模块（3)，用于处理GNSS中频信号采集模块（2)输出的直射信号； 所述反射信号处理模块（4)，用于根据直射信号处理模块（3)提供的数据对反射信号 进行处理； 所述潮汐高度计算模块（51)，用于实时计算左旋圆极化天线到海面的高度，进而换算 出海面的潮汐高度； 所述波向反演模块（52)，用于计算波向参数； 所述有效波高和平均波周期反演模块（53)，用于反演出有效波高和平均波周期参数。
2. 如权利要求1所述的岸基阵列GNSS反射信号潮汐与多波浪参数综合探测系统，其特 征在于还包括数据存储、输出与显示模块(6)，所述数据存储、输出与显示模块(6)，用于将 上述潮汐和波浪参数反演模块（5)得到的潮汐和波浪参数进行存储备份，并输出至指定终 端。
【专利摘要】岸基阵列GNSS反射信号潮汐与多波浪参数综合探测系统，其特征在于包括天线单元，GNSS中频信号采集模块，直射信号处理模块，反射信号处理模块，潮汐和波浪参数反演模块，数据存储、输出与显示模块，所述的潮汐和波浪参数反演模块包括潮汐高度计算模块，波向反演模块，有效波高和平均波周期反演模块。本实用新型克服了现有GNSS卫星反射信号探测技术只用一个LHCP天线且仅能探测有效波高一个参数的不足，利用阵列天线接收的多个阵列GNSS反射信号特征能够同时探测波向、平均波周期和潮汐高度三个参数，扩展了观测要素，且具有成本低，结构简单轻便，测量结果可靠，可移动性和适应性强的优点，为海洋环境监测提供了有效手段。
【IPC分类】G01S13-88
【公开号】CN204556822
【申请号】CN201520240827
【发明人】王波, 刘世萱, 陈世哲, 赵强, 徐宇柘, 苗斌, 付晓
【申请人】山东省科学院海洋仪器仪表研究所
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月21日