[發明專利]一種用于海面測高的北斗MEO衛星機載反射信號建模方法

有效

• 申請號: 201710393208.8
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107037460B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 金華航大北斗應用技術有限公司
• 主分類號: G01S19/40
• 分類號: G01S19/40;G01S19/14
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 項軍

1.一種用于海面測高的北斗MEO衛星機載反射信號建模方法，其特征在于，所述建模方法，包括：

步驟一、反射信號模型的數學推導；

根據對北斗MEO衛星直射信號的分析，對于單顆衛星來說，在t時刻到達接收機天線相位中心的直射信號表示為：

s_RF(t)＝A_RF(t)D[t-τ(t)]C[t-τ(t)]cos[φ(t)] (1)

式(1)中，A_RF(t)表示接收到的RF信號幅度電平，D[·]表示該衛星廣播的導航電文數據碼信號，C[·]表示該衛星的PRN碼信號，φ(t)表示接收到的載波相位，τ(t)表示碼相位的空間傳播延遲；

當信號經過RF前端下變頻、濾波和放大之后得到模擬IF信號為：

s_IF(t)＝A_IF(t)D[t-τ(t)]C[t-τ(t)]cos[φ_IF(t)] (2)

在接收機里進行相關運算輸出I、Q兩路信號，其形式表示為：

式(3)中，A表示信號幅度；D(k)為數據位；R(·)為PRN碼自相關函數；Δω_d為載波多普勒角頻率估計誤差；

根據公式(3)，對于北斗MEO反射信號來說，假設載波頻率完全跟蹤，則：

式(4)中C為反射信號的衰減系數；若接收到兩條反射信號，則：

因此，接收機處理得到的相關功率表示為：

根據相關功率與相關值的關系，將上式表示為相關值的形式為：

為了簡化建模算法，不考慮載波相位誤差，則式(7)可表示為：

式(8)中，B由C、A、θ共同決定；公式(8)說明當兩條反射信號進入接收機處理，得到的相關結果表示為兩個不同時延、不同幅值的相關函數之和；

根據上述推導，對于多條反射信號，其相關值表示為

即接收機端將北斗MEO反射信號表示為多條不同時延、不同功率的反射信號疊加而成；

步驟二、鏡面反射點時延的求解；

根據上述推導，將北斗MEO反射信號表示為多條不同時延、不同功率的反射信號疊加而成，基于鏡面反射點反射信號時延得到一組時延值；

對于鏡面反射點，表示為：

式(10)中，L_s表示經度，B_s表示緯度，當且僅當ρ_R(L_s,B_s)取值最小值時，這時的坐標點(X_s,Y_s,Z_s)是鏡面反射點；

其中，(X_s,Y_s,Z_s)為地球表面的點(L_s,B_s)相對應的反射點在WGS84坐標系下的坐標，兩者之間通過公式(11)進行相互計算；

式(11)中，a是地球半長軸，b是地球半短軸，N是大地水準面與參考橢球面之差；

而在鏡面反射點的計算中，利用路徑的延遲進行計算；結合路徑延遲相關信息，反射信號與直射信號相差的總路徑延遲ρ_E主要為空間幾何路徑延遲，由反射信號接收機到反射面的高度h_R和衛星仰角θ所決定，其關系可表示為：

ρ_E＝2h_Rsinθ＝t×c (12)

式(12)中，t是鏡面反射點的反射信號相比直射信號的時間延遲，c表示光速3×10⁸m/s；

考慮北斗系統的B1頻點，則其PRN碼的碼速率R_c為2.046×10⁶chips/s，則鏡點反射信號相比直射信號到達接收機的碼延遲τ為：

為了提高鏡面反射點時延的計算精度，考慮大氣延遲誤差ρ_atm，加入誤差修正模型的鏡面反射點的反射信號相比直射信號到達接收機的碼片延遲τ為：

步驟三、建立反射信號模型；

根據上述推導，結合Z-V模型表示的是接收機端的反射信號相關功率波形，將理論Z-V模型相關值曲線分解為由多條不同時延間隔、不同幅值的反射信號相關函數疊加而成，并以鏡面反射點的反射信號為第一條反射信號進行建模，得到模型表達式：

式(15)中，A_n、τ_n分別為各條反射信號相關值的幅值和時延間隔，τ為某一時延點，P為相應的相關功率， 表示信號相關值函數，τ₁為鏡面反射點時延。