一种基于GNSS-R技术的海面静态目标探测方法

本发明涉及一种对地遥感监测技术，尤其涉及一种基于gnss-r技术的海面静态目标探测方法。

背景技术：

1、全球卫星导航系统（global navigation satellite system, gnss），由于其全天候、多频多源与高时空分辨率等特点，利用其反射信号进行对地遥感一直是国内外研究领域的热点之一。全球导航卫星系统反射（global navigation satellite system-reflectometry, gnss-r）技术的原理是通过接收机同时接收gnss直射与反射信号，通过导航卫星定位、几何模型构建与信号相关处理等操作，分析直射与反射信号在功率、频率与相位等参数上的关系，从而确定信号反射面的性质和状态。

2、当前利用gnss-r技术对地表进行遥感是国内外遥感领域的热点之一，该技术主要用于海面测高、土壤湿度监测以及海况反演等领域。随着gnss-r技术的不断发展，利用该技术进行海面目标探测的想法也被提出。

3、现有的主流探测海面静态目标的方法，主要包括光学遥感与合成孔径雷达（synthetic aperture radar, sar）。然而，光学遥感监测容易受到天气影响，在黑夜、雨雾等条件下难以实施，无法做到全天时监测；合成孔径雷达虽然可以实时监测海上目标，但是该技术同时需要发射机和接收机完成雷达信号的播发与接收，故设备成本、重量与功耗较大，信号处理过程也较为复杂。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种基于gnss-r技术的海面静态目标探测方法；其目的在于，提供一种全天时全天候、低成本与高分辨率的海面静态目标探测手段。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种基于gnss-r技术的海面静态目标探测方法，包括：

4、s1、搭建无人机载gnss-r反演系统：

5、该系统包括六旋翼无人机、双极化gnss信号接收天线、gnss信号中频采集器、无人机长续航电源与rtk定位系统；

6、其中双极化gnss信号接收天线搭载到六旋翼无人机上，用来接收gnss直射与反射信号；

7、gnss信号中频采集器将天线接收到的信号进行采集，经滤波放大、混频下变频和adc采样将模拟信号转化为数字信号，以供后续处理；

8、rtk定位系统的基站放置于空旷、无遮挡的区域，rtk定位系统的流动站固定在六旋翼无人机上，用以获取无人机的实时高精度位置信息；

9、无人机长续航供电系统放置在地面，通过长电源线给无人机供电；

10、s2、进行gnss-r数据采集：

11、选定探测对象，利用搭建的无人机载gnss-r反演系统进行数据收集；其中gnss卫星作为信号发射源，无人机载gnss-r反演系统作为信号接收源，接收gnss直射、反射gnss信号；

12、s3、构建几何模型：

13、通过gnss-r软件接收机对gnss信号中频采集器中的信号进行捕获，获取直射、反射gnss信号的功率峰值，处理功率峰值，得到不同时刻反射点的功率比，利用功率比反演介电常数，通过无人机、卫星与反射点三者位置关系建立几何模型，得到反射点位置信息；

14、s4、联合反演参数与几何模型获得探测结果：

15、联合介电常数与反射点位置，得到各个反射点的反射情况，根据海水与其他反射介质的介电常数差异，进而判断海面中静态目标的存在及其位置。

16、进一步地，s1中，在处理数字信号之前，还包括设置软件接收机参数；其中，所设置的参数包括：

17、1）通过gnss精密星历获取数据采集期间的可用卫星，并根据高度角、方位角选择合适的卫星prn；

18、2）提前生成本地伪码与本地相位；

19、3）对gnss信号进行相干与非相干积分；

20、4）设置多普勒频率的搜索步长和搜索范围；

21、5）设置接收机每秒钟计算的直、反射峰值功率比数目为n个；

22、进一步地，s3中介电常数反演包括：

23、1）利用直、反射信号功率峰值，计算功率比，功率比值为：

24、；

25、其中，为功率比，为反射信号功率峰值，为直射信号功率峰值；

26、2）利用功率比，联合下述计算式反演得到介电常数：

27、；

28、其中，为介电常数，为卫星高度角。

29、本发明的有益效果如下：

30、（1）本发明搭建得无人机载gnss-r反演系统，相较于传统的地基gnss-r监测，具有高度的灵活性，可以满足不同场景、不同需要的探测任务，可以获得连续、精确的海面探测信息；

31、（2）本发明以gnss卫星作为信号发射源，既保证了信号的连续性和全覆盖性，又降低了设备的研制成本、重量和功耗。

技术特征：

1.一种基于gnss-r技术的海面静态目标探测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于gnss-r技术的海面静态目标探测方法，其特征在于，s1中，在处理数字信号之前，还包括设置软件接收机参数；其中，所设置的参数包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于gnss-r技术的海面静态目标探测方法，其特征在于，s3中介电常数反演包括：

技术总结
本发明公开了一种基于GNSS‑R技术的海面静态目标探测方法，属于GNSS海面测量技术领域；该设计方法包括：搭建无人机载GNSS‑R反演系统；通过GNSS‑R软件接收机处理直、反射信号的功率峰值；得到功率比，并利用功率比反演介电常数；根据卫星、无人机与反射点的几何关系构建模型，得到反射点位置信息；联合介电常数与反射点位置，得到各个反射点的反射情况，根据海水与其他反射介质的介电常数差异，判断反射区域属于海面还是海水中的目标。利用该技术可以被动探测海面中的静态目标，该方式具有轻量化、隐蔽性强的特点，大大减少了海面静态目标探测的成本。

技术研发人员：高凡,李宵,钟圳尧,孙沪玉,刘润琦,徐天河
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23