岸基阵列gnss反射信号潮汐与多波浪参数综合探测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微弱全球导航卫星系统（GNSS)信号处理、电波传播、海洋环境监测及 海洋动力学领域，尤其涉及一种基于阵列GNSS海面反射信号特征的用于岸基潮汐高度和 波浪有效波高、平均波周期和波向的综合探测系统一一岸基阵列GNSS反射信号的潮汐和多 波浪参数综合探测系统。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展以及国际形势的变化，世界各国，尤其是沿海国家已经将海洋经 济、海洋科技和海洋装备等领域的发展提升为国家级战略的高度，我国也同样将海洋领域 提升到一个前所未有的高度，"一带一路"战略的实施、"中国制造"向"中国创造"的转变以 及走向深蓝海等多个方面的发展，都需要海洋环境探测技术的支持和保障。岸边潮汐高度 和波浪参数的长期监测是海洋环境监测不可缺少的重要组成内容。
[0003] 当前，岸边潮汐高度主要是利用建设验潮井的方式进行监测；波浪则主要是利用 投放近岸海洋浮标进行监测。这两种传统方式虽然都能够对潮汐和波浪进行观测，但在观 测站位的选择上要求较高，受地理环境的约束，且建设成本和维护成本都很高，不利于岸边 潮汐和波浪的加密观测。
[0004] 利用一个指向海面的左旋圆极化（LHCP)天线接收的海面反射的GNSS卫星信号特 征遥感反演海面参数是一种上世纪90年代提出的被动探测技术。目前，已经有用该技术遥 感观测有效波高参数的资料，但还未见波向和平均波周期以及潮汐高度观测的应用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种岸基阵列GNSS反射信号的潮汐和多波浪参数综合探测 系统，可用于岸基情况下，利用阵列天线接收的阵列GNSS海面反射信号特征同时探测潮汐 高度和多波浪参数，降低自然环境对岸边潮汐与波浪观测站点的限制，填补我国岸基情况 下潮汐和多波浪参数综合观测技术的空白，为我国海洋环境监测及科学研宄等提供有效手 段，为海洋气象预报提供重要的参数支撑。
[0006] 一种岸基阵列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；
[0007] 所述天线单元，用于接收GNSS卫星发射的信号，包括一个右旋圆极化（RHCP)天 线、两个或以上的左旋圆极化（LHCP)天线和天线支架，所述的RHCP天线用于接收从卫星直 接传播过来的信号，称为直射信号；LHCP天线用于接收被海面反射的信号，称为反射信号； 所述的RHCP天线朝向天顶方向，其中一个LHCP天线与RHCP天线朝向相反，并指向海面，其 它LHCP天线以不同的仰角指向海面；
[0008] 所述GNSS中频信号采集模块具有的采集通道的数量与所述天线单元的天线个数 相同，用于采集经天线单元传输过来的GNSS卫星信号，并进行下变频至中频，并进行编码 后输出；
[0009] 所述直射信号处理模块，用于处理GNSS中频信号采集模块输出的直射信号，并输 出RHCP天线的位置，以及卫星的位置、速度、方位角、仰角、卫星信号的多普勒频移、码序 列、载波相位和信号功率复数场参数，从而为反射信号处理模块及波向反演模块、有效波高 和平均波周期反演模块提供辅助参数；
[0010] 所述反射信号处理模块，用于根据直射信号处理模块提供的多普勒频移和码序列 参数对反射信号在码延迟域和多普勒频移域进行处理，得到反射信号的延迟多普勒功率矩 阵DDMm;
[0011] 所述潮汐高度计算模块，根据反射信号相对于直射信号的时间延迟，来实时计算 LHCP天线到海面的高度，进而综合参考海拔高度点，换算出海面的潮汐高度；
[0012] 所述波向反演模块，根据卫星的方位角和不同海面粗糙度对GNSS反射信号延迟 多普勒功率矩阵的不同影响，反演出海面粗糙度在不同方位上的变化特性，据此得到波向 参数；
[0013] 所述有效波高和平均波周期反演模块53,根据反射信号和直射信号复相干场与有 效波高和平均波周期的映射关系，同时反演出有效波高和平均波周期参数；
[0014] 所述数据存储、输出与显示模块，用于将上述潮汐和波浪参数反演模块得到的潮 汐和波浪参数进行存储备份，并输出至指定终端，同时将参数直观的显示出来。
[0015] 本发明克服了现有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，对海洋经 济、海洋科技和新能源利用等多个领域的发展具有重要意义。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明方法步骤流程图。
[0017] 图2为本发明的原理示意图。
[0018] 其中，A:镜反射点A，B:镜反射点B，C:粗糙海面，
[0019] H:天线到海面的高度，h:参考海拔高度点。
[0020] 图3为本发明的探测系统的结构图。
[0021] 其中，1.天线单元、2.GNSS中频信号采集模块、3.直射信号处理模块、4.反射信号 处理模块、5.潮汐和波浪参数反演模块、51.潮汐高度计算模块、52.波向反演模块、53.有 效波高和平均波周期反演模块、6.数据存储、输出与显示模块。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细描述。需要注意的是，根 据本发明的岸基阵列GNSS反射信号潮汐和多波浪参数综合探测系统和方法的实施方式仅 仅作为例子，但本发明不限于该【具体实施方式】。
[0023] 图2为本发明的原理示意图。通过本发明的天线单元1接收来自GNSS卫星的直 射信号和反射信号，然后通过信号采集与数据处理终端输出潮汐高度和波浪的有效波高、 平均波周期和波向参数。
[0024] 如图2和图3所示，一种岸基阵列GNSS反射信号的潮汐和多波浪参数综合探测系 统，包括安装在天线支架上的天线单元1，其中天线单元1的RHCP天线指向天顶方向，接收 直射信号，图2中所示的LHCP位于同一个平面上，指向海面，接收海面反射的GNSS信号，天 线单元1与GNSS中频信号采集模块2相连，GNSS中频信号采集模块2与直射信号处理模块 3相连，直射信号处理模块3与反射信号处理模块4相连，反射信号处理模块4将处理结果 分别输出给潮汐高度计算模块51、波向反演模块52和有效波高和平均波周期反演模块53， 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将计算和反 演的结果输出给数据存储、输出与显示模块6。
[0025] 岸基阵列GNSS反射信号潮汐和多波浪参数综合探测方法，如图1所示，具体步骤 如下：
[0026] 第一步、配置系统参数，包括设置