申请/专利权人：山东大学

申请日：2024-01-23

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN117607908B

主分类号：G01S19/14

分类号：G01S19/14;G01S19/37;G01S19/43;G01C5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2024.03.15#实质审查的生效;2024.02.27#公开

摘要：本发明涉及GNSS‑R海面测高、海洋测绘学等交叉技术领域，公开了一种无人机载平台的GNSS‑R码相位海面测高方法及装置。包括：组建机载测高平台、采集GNSS数字中频信号等实验数据、使用软件接收机处理数据、通过直反射信号的路径差反演海面高度，滑动平均修正误差并与实测数据对比验证精度。通过开展机载GNSS‑R测高实验，证明了该机载测高的有效性，且精度可达厘米级。本发明的机载测高方法弥补了地基GNSS‑R测高时空分辨率低和星载GNSS‑R测高成本较高的缺陷，具有时空分辨率高、观测面积广、成本较低、操作灵活等特点。

主权项：1.一种无人机载平台的GNSS-R码相位海面测高方法，其特征在于，在无人机平台上搭建GNSS直射和反射信号接收装置进行信号接收，利用软件接收机对信号进行处理，经过数学计算获取反演结果，与外部实测数据比较获得最终反演精度；该方法包括以下步骤：步骤一：组建机载GNSS-测高平台；步骤二：采集GNSS中频数字信号实验数据；步骤三：使用软件接收机处理数据得到直反射信号路径差；步骤四：通过直反射信号的路径差反演海面高度；步骤五：滑动平均修正误差并与实测数据对比验证精度；步骤一中所述组建机载测高平台包括：系留电源、无人机、数据存储硬盘、大地测量型GNSS接收机及其固定架、无人机载GNSS中频数字信号、雷达液位计、GNSS-R右旋圆极化天线和左旋圆极化天线；所述测高平台具体实现过程如下：S11，通过系留电源为无人机供电；将右旋GNSS天线和左旋GNSS天线分别垂直向上和向下固定在无人机上，与无人机载GNSS中频数字信号的四个射频通道相连接，接收直射和来自海面的反射GNSS信号，并存储于硬盘中；同时将上视的右旋天线与定位模块相连接；S12，搭建固定参考站，将右旋GNSS天线水平放置于固定架并与全频GNSS参考站接收机相连接后进行观测，与上述步骤S11搭配形成传统GNSS定位模式对上视天线进行实时定位，利用组成的RTK定位模块来计算无人机大地高；S13，为获取GNSS-R测高外部比对数据，将雷达液位计垂直固定于海面上方，记录海平面的高度变化；步骤二中所述采集GNSS中频数字信号实验数据的具体实现过程如下：S21，按研究需求设置飞行方案，控制无人机飞行范围或高度，令无人机分别悬停在不同位置的空旷海域，或设置不同梯度的飞行高度探究其海平面的测高精度，采集无人机飞行期间的海面观测数据；S22，使用与天线连接的无人机载GNSS数字中频信号采集器采集卫星中频数字信号，获得GNSS中频信号文件；S23，记录上视天线通过载波相位差分所获得的大地高数据；S24，记录雷达液位计在实验期间获取的海平面变化值，同时通过载波相位差分定位技术以获取其大地高，将其作为实验对比数据验证机载反演测高精度；步骤三中所述使用软件接收机处理数据，其具体实现过程如下：S31，根据卫星星历文件筛选高度角符合条件且在实验反射区内可捕获到的卫星信号；根据无人机的起飞时间，为确保信号的质量及准确性，设置数据处理时中频数据的起始时间为飞机开始平稳飞行时的时间；S32，将中频采集器获得数据，采用软件接收机进一步处理：利用输入的无人机载GNSS数字中频信号复制本地导频和数字信号，将复制信号和剥离后的直反射信号进行相干积分得到直反射信号的波形图，最终采用三次插值的方法从上述波形的峰值位置计算路径延迟：；其中和分别为卫星与接收机之间直反射信号的延迟时间；c为电磁波的传播速度；步骤四中所述的通过直反射信号的路径差反演海面高度，其具体实现过程如下：S41，首先由获得的路径差计算得到机载GNSS-R的反射天线到海面的高度：；其中为卫星仰角，接收机处理得到的直反射信号的路径延迟为；S42，根据载波相位差分所获得的上视天线的定位结果，结合直反射天线的相位中心距离，最终得到机载GNSS-R所反演的海面高为：；其中为直射天线和反射天线的相位中心距离，仪器架设完成后可用尺子量得其值,为直射天线的大地高，为反射天线到海面的高度；步骤五中所述的滑动平均修正误差并与实测数据对比验证精度，其具体实现过程如下：S51，为了提高机载GNSS-R测高结果的精度，采用滑动平均法对测高的原始反演结果进行优化；根据实验数据的具体情况和优化效果，选择合理的平滑时间；此外，为了确保实验数据的有效性，剔除大于三倍中误差的异常值；S52，取步骤二中雷达液位计的记录值和定位信息，将其作为真值以验证测高结果的精度，由雷达液位计获取的真值的表达式为：；式中为实验期间海平面的变化高度，为液位计的大地高；S53，将步骤四中的机载反演测高的结果与平滑后的结果分别和S52中的结果对比分析，统计数据情况并验证精度。

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百度查询： 山东大学 无人机载平台的GNSS-R码相位海面测高方法及装置

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