CN111045038A - 一种gnss-r接收机反射通道数量的优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GNSS‑R接收机反射通道数量的优化方法，所述方法包括：计算GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg；计算GNSS‑R接收机反射通道数量统计利用率Fc；获取反射信号卫星数量统计利用率和反射通道数统计利用率的重要性权重比R；根据GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg、GNSS‑R接收机反射通道数量统计利用率Fc和重要性权重比R，计算出反射通道数量的综合利用率的评分Fk；绘制Fk曲线，Fk取最大值时对应的通道数为GNSS‑R接收机反射通道数的最优通道数量。本发明基于GNSS反射信号数量概率分布，通过计算，获得反射通道综合利用率评分，从而找到最优反射通道数量。避免了接收机资源的浪费，适用于岸基、机载、星载等各种平台的GNSS‑R应用情形。

Description

一种GNSS-R接收机反射通道数量的优化方法
技术领域
本发明涉及GNSS反射信号遥感技术领域，是一种GNSS-R接收机反射通道数量的优化方法。
背景技术
GNSS-R技术(全球导航卫星系统反射信号遥感技术)是20世纪90年代以来，发展起来的新型遥感探测技术。该技术利用搭载于岸基、机载或星载接收平台上的GNSS-R接收机，接收经海面、陆面、冰面反射的GNSS卫星L波段电磁波信号，反演获取反射面的物理参量(如海面粗糙度，海面高度，土壤湿度，海冰密集度等)。
GNSS-R技术信号源丰富，我国的北斗系统、美国的GPS系统、欧洲的Galileo系统、俄罗斯的GLONASS系统、日本的QZSS和印度的IRNSS系统总计100余颗导航卫星都可以作为该技术的信号发射源。因此，任一近地空间位置同时可利用的GNSS反射信号卫星数量，最多可达几十颗。
GNSS-R接收机是利用GNSS-R技术对海面、陆面及冰面物理参数进行遥感探测的信号接收设备。GNSS-R接收机的反射通道数量决定了同一时刻接收机能接收到的最大反射信号卫星数量。通常，反射通道数量越多，GNSS反射信号卫星数量的损失就越少。然而，GNSS-R反射通道数量并不是越多越好，反射通道的增加会增加接收机的重量、功耗、数据量、成本等，带来较大的工程代价，如果反射通道数量太多而利用率却不高就会造成接收机资源浪费。因此，GNSS-R接收机的反射通道数量需要进行优化设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种GNSS-R接收机反射通道数量的优化方法：基于GNSS反射信号卫星数量概率分布，综合考虑了GNSS反射信号卫星数量统计利用率、GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率和GNSS反射信号卫星数量统计利用率与GNSS-R接收机反射通道数统计利用率的重要性权重比，通过计算反射通道综合利用率评分，从而找到最优反射通道数量。
为实现上述目的，本发明提出了一种GNSS-R接收机反射通道数量的优化方法，所述方法包括：
计算GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg；
计算GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc；
获取反射信号卫星数量统计利用率和反射通道数统计利用率的重要性权重比R；
根据GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg、GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc和重要性权重比R，计算出反射通道数量的综合利用率的评分Fk；
绘制Fk曲线，Fk取最大值时对应的通道数为GNSS-R接收机反射通道数的最优通道数量。
作为上述方法的一种改进，所述计算GNSS反射信号卫星数量的利用率Fg之前还包括：
根据GNSS-R接收机的平台位置、接收机接收天线的波束宽度和接收的GNSS卫星系统类型，建立GNSS反射信号卫星数量的仿真平台；
通过仿真平台，获取同一时刻，GNSS-R接收机可接收的反射卫星数量的概率分布Pn：
Figure BDA0002340636800000021
其中，n为卫星数量，1≤n≤N，N为可接收的反射卫星数量的最大值。
作为上述方法的一种改进，所述计算GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg，具体为：
所述GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg：
Figure BDA0002340636800000022
其中，
Figure BDA0002340636800000023
gn为GNSS-R接收机反射通道数量等于k时，反射卫星数量为n时的反射信号卫星数量利用率。
作为上述方法的一种改进，所述计算GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc，具体为：
所述GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc：
Figure BDA0002340636800000024
其中，
Figure BDA0002340636800000031
cn为GNSS-R接收机反射通道数量等于k时，反射卫星数量为n时的反射通道利用率。
作为上述方法的一种改进，所述反射通道数量的综合利用率的评分Fk为：
Figure BDA0002340636800000032
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明建立在GNSS反射信号数量的概率统计分布基础之上，并综合考虑了反射信号卫星数量统计利用率、反射通道数量的统计利用率及二者在实际应用中的权重比。
2、本发明通过优化设计GNSS-R接收机反射通道数量，避免了接收机资源的浪费，可适用于岸基、机载、星载等各种平台的GNSS-R应用情形，适用的卫星导航系统包括我国的北斗系统、美国的GPS系统、欧洲的Galileo系统、俄罗斯的GLONASS系统、日本的QZSS和印度的IRNSS系统在内的任何一种或几种系统的组合。
附图说明
图1是GNSS-R接收机同时可接收的反射信号卫星数量概率分布示例；
图2是GNSS反射信号卫星数量统计利用率；
图3是GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率；
图4是反射信号卫星数量统计利用率与反射通道统计利用率权重比为1时的GNSS-R接收机反射通道综合利用率评分；
图5是反射信号卫星数量统计利用率与反射通道统计利用率权重比为3时的GNSS-R接收机反射通道综合利用率评分。
具体实施方式
GNSS-R接收机反射通道数量的优化方法的基本原理如下：
根据GNSS-R接收机的实际应用情形，如GNSS-R接收机的平台位置、接收机接收天线的波束宽度、可以接收的GNSS卫星系统等，建立GNSS反射信号卫星数量的仿真平台，仿真获取同一时刻可用于GNSS-R遥感探测的反射信号卫星数量概率的统计分布。假设某应用情形下同一时刻可用于GNSS-R遥感探测反射信号卫星，n为卫星数量，1≤n≤N，N为可接收的反射卫星数量的最大值，相应的概率分布为P1,P2,...,Pn，P1+P2+…+PN＝1，当GNSS-R接收机的反射信号通道数量为k时，GNSS反射信号卫星数量的统计利用率Fg为
Figure BDA0002340636800000041
式中，gn为GNSS-R接收机反射通道数量等于k时，反射卫星数量为n时的反射信号卫星数量利用率，
Figure BDA0002340636800000042
GNSS-R反射通道数量的统计利用率Fc为
Figure BDA0002340636800000043
式中，cn为GNSS-R接收机反射通道数量等于k时，反射卫星数量为n时的反射通道利用率，
Figure BDA0002340636800000044
为了评价GNSS-R接收机反射通道数量设计的优劣，采用百分制对反射通道数量的综合利用率进行评价。假设实际应用中反射信号卫星数量的统计利用率和反射通道数统计利用率的重要性权重比为R。GNSS-R接收机的反射通道数量为k时，反射通道数量的综合利用率的评分Fk为
Figure BDA0002340636800000045
Fk是关于反射通道数量k的函数，GNSS-R接收机反射通道数量的最优值，即为Fk取最大值时所对应的通道数k值。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
首先，针对GNSS-R接收机的应用情形，建立GNSS反射信号卫星数量的仿真平台，仿真获取同一时刻可用于GNSS-R遥感探测的反射信号卫星数量的统计分布图1是实际应用案例中仿真得到的一个GNSS-R接收机同时可接收的反射信号卫星数量概率分布示例；
然后，按照公式(1)～(2)计算GNSS-R接收机设置不同反射通道数量时GNSS反射信号卫星数量统计利用率，计算结果如图2所示；
接着，按照公式(3)～(4)计算GNSS-R接收机设置不同反射通道数量时的反射通道数量统计利用率，计算结果如图3所示；
最后，按照公式(5)计算GNSS-R接收机设置不同反射通道数量时的反射通道的综合利用率评分，反射通道综合利用率峰值对应的通道数量即为最优的GNSS-R接收机反射通道数。图4为反射信号卫星数量统计利用率和反射通道数统计利用率在百分制中的权重比R等于1时的反射通道综合利用率评分，该应用情形下的最优反射通道数量为7个；图5为反射信号卫星数量统计利用率和反射通道数统计利用率在百分制中的权重比R等于3时的反射通道综合利用率评分该应用情形下的最优反射通道数量为9个。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种GNSS-R接收机反射通道数量的优化方法，所述方法包括：
计算GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg；
计算GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc；
获取反射信号卫星数量统计利用率和反射通道数统计利用率的重要性权重比R；
根据GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg、GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc和重要性权重比R，计算出反射通道数量的综合利用率的评分Fk；
绘制Fk曲线，Fk取最大值时对应的通道数为GNSS-R接收机反射通道数的最优通道数量。
2.根据权利要求1所述的GNSS-R接收机最优反射通道数量的计算方法，其特征在于，所述测试计算GNSS反射信号卫星数量的利用率Fg之前还包括：
根据GNSS-R接收机的平台位置、接收机接收天线的波束宽度和接收的GNSS卫星系统类型，建立GNSS反射信号卫星数量的仿真平台；
通过仿真平台，获取同一时刻，GNSS-R接收机可接收的反射卫星数量的概率分布Pn：
Figure FDA0002340636790000011
其中，n为卫星数量，1≤n≤N，N为可接收的反射卫星数量的最大值。
3.根据权利要求2所述的GNSS-R接收机最优反射通道数量的计算方法，其特征在于，所述计算GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg，具体为：
所述GNSS反射信号卫星数量统计利用率Fg：
Figure FDA0002340636790000012
其中，
Figure FDA0002340636790000013
gn为GNSS-R接收机反射通道数量等于k时，反射卫星数量为n时的反射信号卫星数量利用率。
4.根据权利要求3所述的GNSS-R接收机最优反射通道数量的计算方法，其特征在于，所述计算GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc，具体为：
所述GNSS-R接收机反射通道数量统计利用率Fc：
Figure FDA0002340636790000021
其中，
Figure FDA0002340636790000022
cn为GNSS-R接收机反射通道数量等于k时，反射卫星数量为n时的反射通道利用率。
5.根据权利要求4所述的GNSS-R接收机最优反射通道数量的计算方法，其特征在于，所述反射通道数量的综合利用率的评分Fk为：
Figure FDA0002340636790000023
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