CN112034455A - 一种计算gnss-r海面反射信号ddm图像的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种计算GNSS‑R海面反射信号DDM图像的方法，该方法包括：在地心坐标系ECEF中，根据预设地表映射函数以及接收的接收机和发射机的第一坐标值分别计算接收机以及发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值；根据第二坐标值以及第一坐标值计算第一权重系数，根据第一权重系数以及第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值；根据第三坐标值确定反射点的初始坐标值，根据初始坐标值以及第一坐标值确定出反射点的坐标值；根据反射点的坐标值以及第一坐标值计算反射信号的时延以及多普勒辅助信息，并根据时延以及多普勒辅助信息计算反射信号的DDM图像。本申请解决了现有技术中计算反射信号DDM图像的效率较低的技术问题。

Description

一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法

技术领域

本申请涉及微波遥感技术领域，尤其涉及一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法。

背景技术

全球导航卫星系统反射信号技术(Global Navigation Satellite SystemReflectometry，GANN-R)是一种收发分离的双基卫星遥感技术，可对于海面波高、海面风速、海水盐度以及海冰厚度测量以及目标物的探测。随着GNSS-R探测技术的迅猛发展，提出了利用被反射的导航信号实现遥感的方法，而镜面反射点的估计是实现遥感的一个重要环节。

目前，常见的镜面反射点的估计方法包括Gleason算法、S.C.Wu算法、C.Wagner算法、椭球、二分法等，其中，二分法由于具有模型简单、迭代次数少等特性被应用于GNSS-R海面反射点的估计。为了便于对二分法进行反射点估计的过程进行说明，首先对GNSS-R基本几何关系进行说明。

参见图1，表示一种GNSS-R基本几何关系的示意图。在T为卫星位置，R为接收机的位置，O表示地心，P_M表示镜面反射点位置，M表示OP_M延长线与RT之间的交点，U为R相对于MP_M的镜像点，C为M点关于线段RU的对称点，U为R相对于MP_M的镜像点，R_e表示地球半径，α_r表示接收机相对于镜面反射点的仰角，α_t表示卫星相对于镜面反射点的仰角，β_r表示从地心看卫星与镜面反射点之间的夹角，β_t表示从地心看接收机与镜面反射点之间的夹角。

根据上述图1所示的基本几何关系，具体的，二分法进行反射点估计的过程为：令a＝T，b＝R，求ab的中点M的坐标，通过M坐标计算星下点P_M坐标，然后利用基本几何关系计算α_r和α_t，然后判断算α_r，α_t的大小关系，若α_r＝α_t，则，退出迭代，若α_r＜α_t，则令b＝P_M，并对得到新的P_M坐标进行下一次迭代，否则，令a＝P_M，并对得到新的P_M坐标进行下一次迭代。因此，二分法在迭代过程中将每次迭代计算出的P_M坐标作为下一次迭代的搜索区间的端点，进而缩小搜索区间，但是，不结合接收机和卫星实际位置，仅通过P_M坐标来缩小搜索区间，可能使得每次缩小力度不足，进而增加了迭代次数，影响计算反射信号时延-多普勒(Delay-Doppler Mapping，DDM)图像的工作效率。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中计算反射信号DDM图像的工作效率较低的问题，提供了一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法，本申请实施例所提供的方案中，根据接收机和发射机的第一坐标值以及所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值计算第一权重系数，然后根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值，然后根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值计算发射点的坐标值，即在计算反射点的坐标值过程中通过第一权重系数以及第二坐标值确定反射点的搜索区间，减小了反射点的搜索区间，进而减小了反射点的坐标值计算的迭代次数，提高了计算反射信号DDM图像的工作效率。

第一方面，本申请实施例提供一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法，该方法包括：

在地心坐标系ECEF中，根据预设地表映射函数以及接收的接收机和发射机的第一坐标值分别计算所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值；

根据所述第二坐标值以及所述第一坐标值计算第一权重系数，根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值；

根据所述第三坐标值确定反射点的初始坐标值，以及根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值；

根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，并根据所述时延信息以及所述多普勒辅助信息计算所述反射信号的DDM图像。

本申请实施例所提供的方案中，在计算反射点的坐标值的过程中，根据接收机和发射机的第一坐标值以及所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值计算第一权重系数，然后根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值，然后根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值计算发射点的坐标值，即在计算反射点的坐标值过程中通过第一权重系数以及第二坐标值确定反射点的搜索区间，减小了反射点的搜索区间，进而减小了反射点的坐标值计算的迭代次数，提高了计算反射信号DDM图像的工作效率。

可选地，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值，包括：

根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，其中，所述入射角表示地心到所述反射点的向量与所述反射点到所述反射机的向量之间的夹角，所述反射角表示所述反射点到所述反射机的向量与所述反射点到所述接收机的向量之间的夹角；

根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，根据调整后的第三坐标值计算所述第一点与所述第二点之间的间距，并判断所述间距是否大于预设阈值；

若大于，则根据调整后的初始坐标值重新计算所述入射角以及所述反射角的值，并根据重新计算的入射角和反射角的值重调整所述初始坐标值，直到所述间距小于所述预设阈值为止，并根据最后一次调整所述初始坐标值后所得到坐标值作为所述反射点的坐标值。

可选地，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，包括：

根据如下公式计算得到所述入射角以及所述反射角的值：

其中，α_T表示所述入射角的值；α_R表示所述反射角的值；

表示地心到所述反射点的向量；

表示所述反射点到所述反射机的向量；

表示所述反射点到所述接收机的向量；P_M表示所述反射点的初始坐标值；T表示所述发射机的坐标值；R表示所述接收机的坐标值。

可选地，根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，包括：

将所述入射角与所述反射角的值进行比较得到比较结果，根据所述比较结果调整所述第三坐标值；

根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值。

可选地，根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，包括：

若所述入射角大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

若所述入射角不大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

其中，n_T、n_R表示所述第二权重系数。

可选地，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值，包括：

若所述入射角大于所述反射角，令P_R＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

若所述入射角不大于所述反射角，令P_T＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

其中，P_R、P_T表示所述初始搜索区间端点的坐标值；P^′ _M表示所述新的坐标值。

可选地，根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，包括：

根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒；

根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息。

可选地，根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒，包括：

通过如下公式计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒：

其中，f_d-dop表示所述直达信号的多普勒；

表示所述发射机的速度矢量；

表示所述接收机的速度矢量；λ表示GNSS信号的载波波长；

表示入射矢量，

表示反射矢量，

可选地，根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息，包括：

通过如下公式计算所述直达信号的时延信息以及多普勒辅助信息：

f′_r-dop＝f_r-dop+f′_d-dop-f_d-dop

其中，τ′表示所述直达信号的时延信息；pr′_d表示所述直达信号的伪距；f′_r-dop表示所述直达信号的多普勒辅助信息；f′_d-dop表示所述直达信号伪多普勒。

本申请实施例所提供的方案中，在反射信号的时延信息以及辅助多普勒信息过程中，通过反射点的坐标值计算直达信号的多普勒以及反射信号的多普勒，然后根据直达信号的多普勒以及反射信号的多普勒计算反射信号的辅助多普勒信息以及时延信息，即根据反射点的坐标来校正反射信号的辅助多普勒信息以及时延信息，避免接收机钟差等因素造成的系统误差对计算出的反射信号的DDM图像准确性的影响，进而提高了计算出的反射信号的DDM图像准确性。

可选地，根据所述第一权重系数计算第一点以及第二点的第三坐标值，包括：

根据如下公式计算所述第三坐标值：

P_T＝m_R*P′_R+P′_T

P_R＝P′_R+m_T*P′_T

其中，P_T表示所述第一点的第三坐标值；P_R表示所述第二点的第三坐标值；m_R、m_T表示所述第一权重值，

β表示发射机和接收机与地心连线的夹角，

第二方面，本申请实施例提供了一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的装置，该装置包括：

第一计算单元，用于在地心坐标系ECEF中，根据预设地表映射函数以及接收的接收机和发射机的第一坐标值分别计算所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值；

第二计算单元，用于根据所述第二坐标值以及所述第一坐标值计算第一权重系数，根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值；

确定单元，用于根据所述第三坐标值确定反射点的初始坐标值，以及根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值；

第三计算单元，用于根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，并根据所述时延信息以及所述多普勒辅助信息计算所述反射信号的DDM图像。

可选地，所述确定单元，具体用于：

根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，其中，所述入射角表示地心到所述反射点的向量与所述反射点到所述反射机的向量之间的夹角，所述反射角表示所述反射点到所述反射机的向量与所述反射点到所述接收机的向量之间的夹角；

根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，根据调整后的第三坐标值计算所述第一点与所述第二点之间的间距，并判断所述间距是否大于预设阈值；

若大于，则根据调整后的初始坐标值重新计算所述入射角以及所述反射角的值，并根据重新计算的入射角和反射角的值重调整所述初始坐标值，直到所述间距小于所述预设阈值为止，并根据最后一次调整所述初始坐标值后所得到坐标值作为所述反射点的坐标值。

可选地，所述确定单元，具体用于：

根据如下公式计算得到所述入射角以及所述反射角的值：

其中，α_T表示所述入射角的值；α_R表示所述反射角的值；

表示地心到所述反射点的向量；

表示所述反射点到所述反射机的向量；

表示所述反射点到所述接收机的向量；P_M表示所述反射点的初始坐标值；T表示所述发射机的坐标值；R表示所述接收机的坐标值。

可选地，所述确定单元，具体用于：

将所述入射角与所述反射角的值进行比较得到比较结果，根据所述比较结果调整所述第三坐标值；

根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值。

可选地，所述确定单元，具体用于：

若所述入射角大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

若所述入射角不大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

其中，n_T、n_R表示所述第二权重系数。

可选地，所述确定单元，具体用于：

若所述入射角大于所述反射角，令P_R＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

若所述入射角不大于所述反射角，令P_T＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

其中，P_R、P_T表示所述初始搜索区间端点的坐标值；P′^M表示所述新的坐标值。

可选地，所述第三计算单元，具体用于：

根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒；

根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息。

可选地，所述第三计算单元，具体用于：

通过如下公式计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒：

其中，f_d-dop表示所述直达信号的多普勒；

表示所述发射机的速度矢量；

表示所述接收机的速度矢量；λ表示GNSS信号的载波波长；

表示入射矢量，

表示反射矢量，

可选地，所述第三计算单元，具体用于：

通过如下公式计算所述直达信号的时延信息以及多普勒辅助信息：

f′_r-dop＝f_r-dop+f′_d-dop-f_d-dop

其中，τ′表示所述直达信号的时延信息；pr′_d表示所述直达信号的伪距；f′_r-dop表示所述直达信号的多普勒辅助信息；f′_d-dop表示所述直达信号伪多普勒。

可选地，所述第二计算单元，具体用于：

根据如下公式计算所述第三坐标值：

P_T＝m_R*P′_R+P′_T

P_R＝P′_R+m_T*P′_T

其中，P_T表示所述第一点的第三坐标值；P_R表示所述第二点的第三坐标值；m_R、m_T表示所述第一权重值，

β表示发射机和接收机与地心连线的夹角，

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种GNSS-R基本几何关系的示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法的流程示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图2所示)：

步骤201，在地心坐标系ECEF中，根据预设地表映射函数以及接收的接收机和发射机的第一坐标值分别计算所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值。

在本申请实施例所提供的方案中，在数据库中预先设置地面映射函数，地表映射函数用于计算地球附近的某一点在地表上的映射，其中，某一点在地表上的映射是指地心到该点的向量与地球表面的相交点。例如，若地球附近的某一点Q(x_Q，y_Q，z_Q)，其在地表上的映射是指向量

与地球表面的相交点Q₀，具体的，Q₀点的坐标值通过下式计算：

其中，a＝6378137，e＝0.08181919。

假设，发射机T映射到地表上的映射点为P′_T，接收机R映射到地表上的映射点为P′_R。在地心坐标系ECEF中，接收到输入的发射机T以及接收机R的第一坐标值之后，根据预设地表映射函数以及接收机和发射机的第一坐标值分别计算接收机在地表上的映射点P′_T所对应的第二坐标值，以及发射机在地表上的映射点P′_R所对应的第二坐标值。

步骤202，根据所述第二坐标值以及所述第一坐标值计算第一权重系数，根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值。

在一种可能实现的方式中，根据所述第一权重系数计算第一点以及第二点的第三坐标值，包括：根据如下公式计算所述第三坐标值：

P_T＝m_R*P′_R+P′_T

P_R＝P′_R+m_T*P′_T

其中，P_T表示所述第一点的第三坐标值；P_R表示所述第二点的第三坐标值；m_R、m_T表示所述第一权重值，

β表示发射机和接收机与地心连线的夹角，

具体的，在计算出接收机在地表上的映射点P′_T所对应的第二坐标值，以及发射机在地表上的映射点P′_R所对应的第二坐标值之后，点P′_T所对应的第二坐标值、点P′_R所对应的第二坐标值、发射机T所对应的第一坐标值以及接收机R所对应的第一坐标值计算第一权重系数。具体的，通过如下公式计算第一权重系数：

其中，m_R、m_T表示第一权重系数；β表示发射机和接收机与地心连线的夹角，

进一步，若第一点为P_T，第二点为P_R，根据如下公式分别计算第一点以及第二点的第三坐标值：

P_T＝m_R*P′_R+P′_T

P_R＝P′_R+m_T*P′_T

步骤203，根据所述第三坐标值确定反射点的初始坐标值，以及根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值。

若反射点为P_M，在确定出第一点以及第二点的第三坐标值之后，根据第一点以及第二点的第三坐标值计算向量

然后计算向量

在地表上的映射点，令该映射点的坐标值作为反射点P_M的初始坐标值。

进一步，在确定出反射点P_M的初始坐标值之后，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值。具体的，确定反射点的坐标值的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值，包括：根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，其中，所述入射角表示地心到所述反射点的向量与所述反射点到所述反射机的向量之间的夹角，所述反射角表示所述反射点到所述反射机的向量与所述反射点到所述接收机的向量之间的夹角；根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，根据调整后的第三坐标值计算所述第一点与所述第二点之间的间距，并判断所述间距是否大于预设阈值；若大于，则根据调整后的初始坐标值重新计算所述入射角以及所述反射角的值，并根据重新计算的入射角和反射角的值重调整所述初始坐标值，直到所述间距小于所述预设阈值为止，并根据最后一次调整所述初始坐标值后所得到坐标值作为所述反射点的坐标值。

为了便于理解上述计算反射点的坐标值的过程，下面对其进行简要介绍。具体的，计算反射点的坐标值的步骤如下所示：

步骤1、根据计算出的反射点的初始坐标值计算入射角和反射角的值。

具体的，入射角定义为向量

与向量

的夹角，反射角定义为向量

与向量

的夹角。根据反射点的初始坐标值以及接收机和发射机的第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，包括：

根据如下公式计算得到所述入射角以及所述反射角的值：

其中，α_T表示所述入射角的值；α_R表示所述反射角的值；

表示地心到所述反射点的向量；

表示所述反射点到所述反射机的向量；

表示所述反射点到所述接收机的向量；P_M表示所述反射点的初始坐标值；T表示所述发射机的坐标值；R表示所述接收机的坐标值。

步骤2、在计算出入射角和反射角的值之后，需要根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值。

具体的，根据入射角以及反射角的值调整第三坐标值以及调整初始坐标值的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，包括：将所述入射角与所述反射角的值进行比较得到比较结果，根据所述比较结果调整所述第三坐标值；

根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，包括：

若所述入射角大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

若所述入射角不大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

其中，n_T、n_R表示所述第二权重系数。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值，包括：

若所述入射角大于所述反射角，令P_R＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

若所述入射角不大于所述反射角，令P_T＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

其中，P_R、P_T表示所述初始搜索区间端点的坐标值；P′_M表示所述新的坐标值。

步骤3、根据调整后的第三坐标值计算第一点P_T与第二点P_R之间的间距，即

并判断

的值是否大于预设阈值。

步骤4、

的值大于预设阈值，则跳转到步骤1；否则，迭代过程结束，并根据最后一次调整所述初始坐标值后所得到坐标值作为所述反射点的坐标值。

步骤204，根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，并根据所述时延信息以及所述多普勒辅助信息计算所述反射信号的DDM图像。

在计算出反射点的坐标值之后，会根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息。在本申请实施例所提供的方案中，计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，包括：根据预设的发射机以及接收机的速度矢量、预设的直达信号伪多普勒以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒；根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及所述直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒，包括：

通过如下公式计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒：

其中，f_d-dop表示所述直达信号的多普勒；

表示所述发射机的速度矢量；

表示所述接收机的速度矢量；λ表示GNSS信号的载波波长；

表示入射矢量，

表示反射矢量，

进一步，在一种可能实现的方式中，根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息，包括：

通过如下公式计算所述直达信号的时延信息以及多普勒辅助信息：

f′_r-dop＝f_r-dop+f′_d-dop-f_d-dop

其中，τ′表示所述直达信号的时延信息；pr′_d表示所述直达信号的伪距；f′_r-dop表示所述直达信号的多普勒辅助信息；f′_d-dop表示所述直达信号伪多普勒。

本申请实施例所提供的方案中，在反射信号的时延信息以及辅助多普勒信息过程中，通过反射点的坐标值计算直达信号的多普勒以及反射信号的多普勒，然后根据直达信号的多普勒以及反射信号的多普勒计算反射信号的辅助多普勒信息以及时延信息，即根据反射点的坐标来校正反射信号的辅助多普勒信息以及时延信息，避免接收机钟差等因素造成的系统误差对计算出的反射信号的DDM图像准确性的影响，进而提高了计算出的反射信号的DDM图像准确性。

进一步，在计算出直达信号的时延信息和多普勒辅助信息之后，根据所述时延信息以及所述多普勒辅助信息计算所述反射信号的DDM图像。

本申请实施例所提供的方案中，在计算反射点的坐标值的过程中，根据接收机和发射机的第一坐标值以及所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值计算第一权重系数，然后根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值，然后根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值计算发射点的坐标值，即在计算反射点的坐标值过程中通过第一权重系数以及第二坐标值确定反射点的搜索区间，减小了反射点的搜索区间，进而减小了反射点的坐标值计算的迭代次数，提高了计算反射信号DDM图像的工作效率。

基于与图2所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的装置，参见图3，该装置包括：

第一计算单元301，用于在地心坐标系ECEF中，根据预设地表映射函数以及接收的接收机和发射机的第一坐标值分别计算所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值；

第二计算单元302，用于根据所述第二坐标值以及所述第一坐标值计算第一权重系数，根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值；

确定单元303，用于根据所述第三坐标值确定反射点的初始坐标值，以及根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值；

第三计算单元304，用于根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，并根据所述时延信息以及所述多普勒辅助信息计算所述反射信号的DDM图像。

可选地，所述确定单元303，具体用于：

根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，其中，所述入射角表示地心到所述反射点的向量与所述反射点到所述反射机的向量之间的夹角，所述反射角表示所述反射点到所述反射机的向量与所述反射点到所述接收机的向量之间的夹角；

根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，根据调整后的第三坐标值计算所述第一点与所述第二点之间的间距，并判断所述间距是否大于预设阈值；

若大于，则根据调整后的初始坐标值重新计算所述入射角以及所述反射角的值，并根据重新计算的入射角和反射角的值重调整所述初始坐标值，直到所述间距小于所述预设阈值为止，并根据最后一次调整所述初始坐标值后所得到坐标值作为所述反射点的坐标值。

可选地，所述确定单元303，具体用于：

根据如下公式计算得到所述入射角以及所述反射角的值：

其中，α_T表示所述入射角的值；α_R表示所述反射角的值；

表示地心到所述反射点的向量；

表示所述反射点到所述反射机的向量；

表示所述反射点到所述接收机的向量；P_M表示所述反射点的初始坐标值；T表示所述发射机的坐标值；R表示所述接收机的坐标值。

可选地，所述确定单元303，具体用于：：

将所述入射角与所述反射角的值进行比较得到比较结果，根据所述比较结果调整所述第三坐标值；

根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值。

可选地，所述确定单元303，具体用于：：

若所述入射角大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

若所述入射角不大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

其中，n_T、n_R表示所述第二权重系数。

可选地，所述确定单元303，具体用于：：

若所述入射角大于所述反射角，令P_R＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

若所述入射角不大于所述反射角，令P_T＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

其中，P_R、P_T表示所述初始搜索区间端点的坐标值；P′_M表示所述新的坐标值。

可选地，所述第三计算单元304，具体用于：

根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒；

根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息。

可选地，所述第三计算单元304，具体用于：

通过如下公式计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒：

其中，f_d-dop表示所述直达信号的多普勒；

表示所述发射机的速度矢量；

表示所述接收机的速度矢量；λ表示GNSS信号的载波波长；

表示入射矢量，

表示反射矢量，

可选地，所述第三计算单元304，具体用于：

通过如下公式计算所述直达信号的时延信息以及多普勒辅助信息：

f′_r-dop＝f_r-dop+f′_d-dop-f_d-dop

其中，τ′表示所述直达信号的时延信息；pr′_d表示所述直达信号的伪距；f′_r-dop表示所述直达信号的多普勒辅助信息；f′_d-dop表示所述直达信号伪多普勒。

可选地，所述第二计算单元302，具体用于：

根据如下公式计算所述第三坐标值：

P_T＝m_R*P′_R+P′_T

P_R＝P′_R+m_T*P′_T

其中，P_T表示所述第一点的第三坐标值；P_R表示所述第二点的第三坐标值；m_R、m_T表示所述第一权重值，

β表示发射机和接收机与地心连线的夹角，

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种计算GNSS-R海面反射信号DDM图像的方法，其特征在于，包括：

在地心坐标系ECEF中，根据预设地表映射函数以及接收的接收机和发射机的第一坐标值分别计算所述接收机以及所述发射机映射在地表上的映射点的第二坐标值；

根据所述第二坐标值以及所述第一坐标值计算第一权重系数，根据所述第一权重系数以及所述第二坐标值计算得到预设的第一点以及第二点的第三坐标值；

根据所述第三坐标值确定反射点的初始坐标值，以及根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值；

根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，并根据所述时延信息以及所述多普勒辅助信息计算所述反射信号的DDM图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值确定出所述反射点的坐标值，包括：

根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，其中，所述入射角表示地心到所述反射点的向量与所述反射点到所述反射机的向量之间的夹角，所述反射角表示所述反射点到所述反射机的向量与所述反射点到所述接收机的向量之间的夹角；

根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，根据调整后的第三坐标值计算所述第一点与所述第二点之间的间距，并判断所述间距是否大于预设阈值；

若大于，则根据调整后的初始坐标值重新计算所述入射角以及所述反射角的值，并根据重新计算的入射角和反射角的值重调整所述初始坐标值，直到所述间距小于所述预设阈值为止，并根据最后一次调整所述初始坐标值后所得到坐标值作为所述反射点的坐标值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述初始坐标值以及所述第一坐标值计算得到入射角以及反射角的值，包括：

根据如下公式计算得到所述入射角以及所述反射角的值：

其中，α_T表示所述入射角的值；α_R表示所述反射角的值；

表示地心到所述反射点的向量；

表示所述反射点到所述反射机的向量；

表示所述反射点到所述接收机的向量；P_M表示所述反射点的初始坐标值；T表示所述发射机的坐标值；R表示所述接收机的坐标值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述入射角以及所述反射角的值调整所述第三坐标值以及调整所述初始坐标值，包括：

将所述入射角与所述反射角的值进行比较得到比较结果，根据所述比较结果调整所述第三坐标值；

根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述比较结果、所述入射角以及所述反射角的值计算第二权重系数，包括：

若所述入射角大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

若所述入射角不大于所述反射角，通过如下公式计算得到所述第二权重系数：

其中，n_T、n_R表示所述第二权重系数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述比较结果、所述第二权重系数以及所述第三坐标值调整所述初始坐标值得到所述新的坐标值，包括：

若所述入射角大于所述反射角，令P_R＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

若所述入射角不大于所述反射角，令P_T＝P_M，通过如下公式得到所述新的坐标值：

其中，P_R、P_T表示所述初始搜索区间端点的坐标值；P′_M表示所述新的坐标值。

7.如权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，根据所述反射点的坐标值以及所述第一坐标值计算反射信号的时延信息以及多普勒辅助信息，包括：

根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒；

根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据预设的发射机以及接收机的速度矢量以及所述第一坐标值计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒，包括：

通过如下公式计算直达信号的多普勒以及所述反射信号的多普勒：

其中，f_d-dop表示所述直达信号的多普勒；

表示所述发射机的速度矢量；

表示所述接收机的速度矢量；λ表示GNSS信号的载波波长；

表示入射矢量，

表示反射矢量，

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据预设的直达信号的伪距、所述反射点的标值以及所述第一坐标值计算所述时延信息，根据所述直达信号的多普勒、所述反射信号的多普勒值以及预设的直达信号伪多普勒计算所述多普勒辅助信息，包括：

通过如下公式计算所述直达信号的时延信息以及多普勒辅助信息：

f′_r-dop＝f_r-dop+f′_d-dop-f_d-dop

其中，τ′表示所述直达信号的时延信息；pr′_d表示所述直达信号的伪距；f′_r-dop表示所述直达信号的多普勒辅助信息；f′_d-dop表示所述直达信号伪多普勒。

10.如权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，根据所述第一权重系数计算第一点以及第二点的第三坐标值，包括：

根据如下公式计算所述第三坐标值：

P_T＝m_R*P′_R+P′_T

P_R＝P′_R+m_T*P′_T

其中，P_T表示所述第一点的第三坐标值；P_R表示所述第二点的第三坐标值；m_R、m_T表示所述第一权重值，

β表示发射机和接收机与地心连线的夹角，

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