CN115453577B - 一种gnss-ir提取河流边界的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GNSS‑IR提取河流边界的方法及装置，具体涉及河流边界探测技术领域。所述方法包括：根据导航卫星在各时刻下的信噪比得到直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络；根据干涉振荡项包络和直达信号功率趋势项得到地表反射率；根据地表反射率得到地表反射率估计值；以高度角为横坐标，以方位角为纵坐标构建矩形，并对矩形进行网格划分；根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值；将各网格的介电常数估计值通过几何关系映射到空间域得到介电常数分布图；根据介电常数分布图得到河流边界。本发明可使探测到的河流分布信息的准确度更高。

Description

一种GNSS-IR提取河流边界的方法及装置
技术领域
本发明涉及河流边界探测技术领域，特别是涉及一种GNSS-IR提取河流边界的方法及装置。
背景技术
河流是指降水或由地下涌出地表的水汇集在地面低洼处，在重力作用下经常地或周期地沿流水本身造成的洼地流动，在维系地球水循环、能量平衡、气候变迁以及灾害监测等方面具有极其重要的作用。河流边界作为重要的河流参数之一，是河流流域遥感长期关注的对象之一。受经济因素的影响，大部分偏远河流上水文站点少，使得水文数据缺乏，甚至有些环境复杂场景无法通过接触式直接测量。随着遥感技术的发展，越来越多的遥感手段被用于河流监测。一种常用遥感手段是光学传感器，该方法将光学设备搭载在陆基、航空或星载平台，通过采集到的图像信息解析得到河流表面流速、水位以及河流分布信息。基于光学的河流监测方法其测量结果与研究区域的地物组成、气候条件(例如：云雾、降雨天气)以及其自身分辨率相关。同光学传感器类似，基于微波成像的星载合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar，SAR)可在复杂气候条件下提供河流分布信息。由于受到时空分辨率的互相制约，目前的星载SAR的时间分辨率较低，无法获取实时动态的河流信息，造成探测到的河流分布信息不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种GNSS-IR提取河流边界的方法及装置，可使探测到的河流分布信息的准确度更高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种GNSS-IR提取河流边界的方法，包括：
获取GNSS中各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角；所述各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角为根据各导航卫星在各时刻下的卫星信号得到的；所述卫星信号包括导航卫星发射的直达信号以及经地表反射的导航卫星的多径信号；
对于任意一个导航卫星，根据所述导航卫星在各时刻下的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络；
根据所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络和所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项得到所述导航卫星在各时刻下的地表反射率；
根据所述导航卫星在各时刻下的地表反射率得到所述导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值；所述角度包括高度角和方位角；
以高度角为横坐标，以方位角为纵坐标构建矩形，并对所述矩形进行网格划分；
根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值；
将各网格的介电常数估计值通过几何关系映射到空间域得到介电常数分布图；
根据所述介电常数分布图得到河流边界。
可选的，所述根据所述导航卫星在各时刻下的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络，具体包括：
对所述导航卫星在各时刻下的信噪比分别进行线性化得到所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比；
对所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比分别进行最优拟合得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项；
根据所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项；
对所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项进行希尔伯特变换得到所述导航卫星在各时刻下变换后的干涉振荡项；
根据所述导航卫星在各时刻下变换后的干涉振荡项和所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络。
可选的，所述根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值，具体包括：
根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值，得到各网格的地表反射率估计值；
根据各网格的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值。
可选的，所述根据所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项，具体包括：
对于任意一个时刻，用所述导航卫星在所述时刻下线性化后的信噪比减去所述导航卫星在所述时刻下的直达信号功率趋势项得到所述导航卫星在所述时刻下的干涉振荡项。
可选的，所述根据所述介电常数分布图得到河流边界，具体包括：
通过拉普拉斯算子对所述介电常数分布图进行处理得到所述介电常数分布图的分界线幅度；
利用阈值分割对所述介电常数分布图的分界线幅度进行处理得到河流边界。
可选的，各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角的确定方法包括：
将各导航卫星在各时刻下的卫星信号分别转换为射频电压得到各导航卫星在各时刻下的射频电压信号；
根据各导航卫星在各时刻下的射频电压信号计算各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角。
一种GNSS-IR提取河流边界的装置，应用于上述所述的GNSS-IR提取河流边界的方法，所述装置包括：
依次连接的多频GNSS天线、多模GNSS接收机和上位机；
所述多频GNSS天线用于获取各导航卫星在各时刻下的卫星信号并将获取的卫星信号发送给所述多模GNSS接收机；所述卫星信号包括导航卫星发射的直达信号以及经地表反射的导航卫星的多径信号；
所述多模GNSS接收机，用于根据所述多频GNSS天线获取的各导航卫星在各时刻下的卫星信号得到各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角；
所述上位机用于执行上述所述的GNSS-IR提取河流边界的方法。
可选的，所述多频GNSS天线还用于将各导航卫星在各时刻下的卫星信号分别转换为射频电压得到各导航卫星在各时刻下的射频电压信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明根据导航卫星在各时刻下的信噪比得到导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络；根据导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络和导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项得到导航卫星在各时刻下的地表反射率；根据导航卫星在各时刻下的地表反射率得到导航卫星在各；以高度角为横坐标，以方位角为纵坐标构建矩形，并对矩形进行网格划分；根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值；将各网格的介电常数估计值通过几何关系映射到空间域得到介电常数分布图；根据介电常数分布图得到河流边界，本发明通过陆表、河流反射的GNSS信号和直达GNSS信号的干涉效应提取河流边界，可使探测到的河流分布信息的准确度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为利用本发明实施例提供的GNSS-IR提取河流边界的装置的实际应用场景图；
图2为本发明实施例提供的GNSS-IR提取河流边界的装置的结构图；
图3为本发明上位机实时信息处理模块的信息处理流程图；
图4为本发明中高度角-方位角域映射到空间域的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
利用GNSS反射信号进行地球表面物理参数的反演是遥感领域的新型技术之一，具有信号源广、成本低，探测设备轻等优势。GNSS-I/MR技术作为一种典型的GNSS反射信号技术，通过利用成熟的GNSS接收机输出的信噪比、伪码或载波相位信息中的多径效应提取地表参数，已被广泛应用于水位高度、土壤湿度及雪深等参数的测量，目前尚未见该技术应用于河流边界提取。鉴于陆表和河流表面相对比信号波长粗糙度较低，地表和河流反射的GNSS信号相干性强和直达GNSS信号可形成有效的干涉效应。本发明提供了一种GNSS-IR提取河流边界的方法，通过陆表、河流反射的GNSS信号(经地表反射的导航卫星的多径信号)和直达GNSS信号的干涉效应提取河流边界，首先利用一定时间段内的GNSS接收机输出的信噪比提取地表介电常数，并利用高度角和方位角映射到空间域，然后利用介电常数的空间分布特征提取河流边界，具体过程如下所示：
获取GNSS中各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角；所述各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角为根据各导航卫星在各时刻下的卫星信号得到的；所述卫星信号包括导航卫星发射的直达信号以及经地表反射的导航卫星的多径信号。
对于任意一个导航卫星，根据所述导航卫星在各时刻下的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络。
根据所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络和所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项得到所述导航卫星在各时刻下的地表反射率。
根据所述导航卫星在各时刻下的地表反射率得到所述导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值；所述角度包括高度角和方位角。
以高度角为横坐标，以方位角为纵坐标构建矩形，并对所述矩形进行网格划分。
根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值。
将各网格的介电常数估计值通过几何关系映射到空间域得到介电常数分布图。
根据所述介电常数分布图得到河流边界。
在实际应用中，所述根据所述导航卫星在各时刻下的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络，具体包括：
对所述导航卫星在各时刻下的信噪比分别进行线性化得到所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比。
对所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比分别进行最优拟合得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项。
根据所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项。
对所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项进行希尔伯特变换得到所述导航卫星在各时刻下变换后的干涉振荡项。
根据所述导航卫星在各时刻下变换后的干涉振荡项和所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络。
在实际应用中，所述根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值，具体包括：
根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值，得到各网格的地表反射率估计值。
根据各网格的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值。
在实际应用中，所述根据所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项，具体包括：
对于任意一个时刻，用所述导航卫星在所述时刻下线性化后的信噪比减去所述导航卫星在所述时刻下的直达信号功率趋势项得到所述导航卫星在所述时刻下的干涉振荡项。
在实际应用中，所述根据所述介电常数分布图得到河流边界，具体包括：
通过拉普拉斯算子对所述介电常数分布图进行处理得到所述介电常数分布图的分界线幅度。
利用阈值分割对所述介电常数分布图的分界线幅度进行处理得到河流边界。
在实际应用中，各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角的确定方法包括：
将各导航卫星在各时刻下的卫星信号分别转换为射频电压得到各导航卫星在各时刻下的射频电压信号。
根据各导航卫星在各时刻下的射频电压信号计算各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角。
本发明实施例还提供了一种GNSS-IR提取河流边界的装置，应用于上述所述的GNSS-IR提取河流边界的方法，所述装置包括：
依次连接的多频GNSS天线、多模GNSS接收机和上位机。
所述多频GNSS天线用于获取各导航卫星在各时刻下的卫星信号并将获取的卫星信号发送给所述多模GNSS接收机；所述卫星信号包括导航卫星发射的直达信号以及经地表反射的导航卫星的多径信号。
所述多模GNSS接收机，用于根据所述多频GNSS天线获取的各导航卫星在各时刻下的卫星信号得到各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角。
所述上位机用于执行上述所述的GNSS-IR提取河流边界的方法。
在实际应用中，所述多频GNSS天线还用于将各导航卫星在各时刻下的卫星信号分别转换为射频电压得到各导航卫星在各时刻下的射频电压信号。
在实际应用中，装置还包括：架设装置，架设装置将多频GNSS天线、多模GNSS接收机和上位机进行物理连接和固定。
所述架设装置包括固定架1和集装箱。固定架1由一个主杆和三个支撑杆组成，主杆顶部提供多频GNSS天线的固定件，而底部和三个支撑杆互相连接稳定整个装置，集装箱固定于主杆中部，用于集装和固定多模GNSS接收机和上位机。
本装置利用成熟的多频GNSS天线和接收机为基础测量装置，装置结构简单、成本低、功耗低并且利用GNSS信号作为信号源，可实施全天候观测，不受云雾影响。
本发明提供了一种更加具体的实施例：
将本发明装置架设于河岸边如图1所示，装置之间各部件的位置连接关系及信号走向是：多频GNSS天线对天安装，接收GPS、GLONASS、Galileo及北斗卫星导航射频信号(直达信号和多径信号)，并将这些电磁信号转换为射频电压；多模GNSS接收机(是一个成熟的商用支持GPS、GLONASS、Galileo及北斗卫星导航系统的导航定位接收机，通过接收多频GNSS天线输出的GPS、GLONASS、Galileo及北斗卫星导航射频信号，完成GNSS信号的捕获、跟踪、同步、信噪比估计、卫星星历解算、卫星高度角计算、方位角计算、卫星位置定位和接收机位置定位，并以RINEX格式将计算得到的信息输出给上位机)的输入与多频GNSS天线相互连接，输出端与上位机相互连接，上位机接收多模GNSS接收机输出的RINEX格式的导航信息，首先利用多模GNSS接收机输出的信噪比序列(各导航卫星的信噪比构成的序列)得到地表反射率，并结合多模GNSS接收机输出的方位角和高度角将地表反射率映射到空间域，然后利用一段时间间隔内的介电常数空间分布特征提取河流边界。
本发明装置如图2所示，包括一个多频GNSS天线，一个多模GNSS接收机，一个上位机和一个架设装置。
多频GNSS天线在t时刻获取的GNSS直达信号Sd(t)具体表示为：
其中，N为可见的导航卫星数即GNSS中所有的导航卫星数目；i＝1,…,N；Adi(t)为第i颗导航卫星在t时刻的直达信号幅度；Di(t)为第i颗导航卫星在t时刻导航卫星导航电文；Ci(t)为第i颗导航卫星在t时刻的伪随机码；fi为第i颗导航卫星的直达信号的频率；为第i颗导航卫星的直达信号初始相位。
在t时刻获取的经过地表反射的信号(多径信号)Sr(t)具体表示：
其中，τi(t)为第i颗导航卫星在t时刻的经地表反射的信号相对于直达信号的路径时延；Ari(t)为第i颗导航卫星在t时刻的经地表反射的信号的幅度即第i颗导航卫星在t时刻的多径信号的幅度，j表示虚数。
假设多频GNSS天线高度远小于伪码长度，则：
Adi(t)表示为：
其中，λi为第i颗导航卫星信号波长；Pti为第i颗导航卫星的发射功率；Gti第i颗导航卫星的发射天线增益；Rtri(t)为第i颗导航卫星在t时刻到接收天线的距离；θi(t)为第i颗导航卫星在t时刻的高度角；φi(t)为第i颗导航卫星在t时刻的方位角；Gr(θi(t),φi(t))为高度角为θi(t)和方位角为φi(t)时的多频GNSS天线的增益。
Ari(t)表示为：
其中，Rtsi(t)为第i颗导航卫星在t时刻到镜面反射点的距离；Rsri(t)为第i颗导航卫星在t时刻的镜面反射点到接收天线的距离；为地表高度角θi(t)和方位角的φi(t)地表反射率。
当多频GNSS天线距离地表面较低时，满足Rtsi(t)≈Rtri(t)＞＞Rrsi(t)。Ari(t)可进一步表示为：
多频GNSS天线接收的总信号为：
S(t)＝Sd(t)+Sr(t) (7)
多模GNSS接收机通过TNC馈电接口及射频电缆线与多频GNSS天线相连接。
第i颗导航卫星信号同步后的本地码表示为：
Scode_i(n)＝Ci(t) (8)
第i颗导航卫星信号同步后的本地载波表示为：
接收信号与本地码和载波完成相关处理，并得到接收信号功率Pr，即：
*表示共轭算子。第i颗导航卫星信号t时刻的信噪比SNRi为：
其中，k为玻尔兹曼常数；T为接收机温度；Bw为接收机等效带宽。对i导航卫星信号完成捕获和跟踪后，多模GNSS接收机进行位同步、帧同步得到导航电文，并从导航电文解调出导航卫星星历，计算导航卫星位置。结合N颗导航卫星跟踪的伪距、载波相位信息，以及导航卫星信息构建定位观测方程，解算接收机位置信息，并计算N颗导航卫星高度角和方位角。多模GNSS接收机跟踪的伪距、载波相位、信噪比、导航卫星位置、导航卫星速度、接收机位置及接收机速度打包成RINEX格式的导航文件通过RS422接口传输给上位机。
上位机中的处理流程如图3所示。上位机主要由数据解析、信噪比线性化、直达信号功率趋势项提取、干涉振荡项提取、希尔伯特变换、反射率反解、介电常数分布图构建、边界提取等模块组成。
数据解析模块：对RINEX格式的导航文件进行解析，得到各导航卫星在t时刻的信噪比{SNR1(t),SNR2(t),…,SNRN(t)}、高度角{θ1(t),θ2(t),…,θN(t)}和方位角序列{φ1(t),φ2(t),…,φN(t)}。
信噪比线性化模块：将信噪比从分贝尺度变化到线性尺度，对SNRi(t)进行线性化可表示为：
其中，SNRLi(t)表示为第i颗导航卫星信号在t时刻线性化后的信噪比。
直达信号功率趋势提取模块：利用二阶多项式对线性化的信噪比进行最优拟合得到第i颗导航卫星信号在t时刻的直达信号功率趋势项，即：
其中，满足：
干涉振荡项提取模块：从线性化后的信噪比中减去直达信号功率趋势项得到干涉振荡项，即：
希尔伯特变换模块：求解干涉振荡项的希尔伯特变换，并求解信噪比干涉振荡项包络。
干涉振荡项希尔伯特变换为：
其中，H[·]表示希尔伯特变换。
求解干涉振荡项包络：
其中，esnri(t)表示第i个导航卫星在t时刻的干涉振荡项包络，表示第i个导航卫星在t时刻的干涉振荡项，/>表示第i个导航卫星在t时刻变换后的干涉振荡项。
反射率反解模块：利用模型拟合法求解地表反射率估计值。
首先利用干涉振荡项除以直射信号功率趋势项得到第i个导航卫星在t时刻的地表反射率，即：
对于导航接收机，满足Adi(t)＞＞Ari(t)，即上述比值可表示为：
然后利用所求比值反解得到地表反射率估计值，即第i个导航卫星在t时刻的高度角θi(t)和方位角φi(t)对应的地表反射率估计值：
当第i个导航卫星各时刻下的信噪比(信噪比序列)均映射到地表反射率后，判决是否N颗导航卫星的信噪比序列均映射完成，若未完成，则跳转至第i+1颗导航卫星信噪比序列，完成信噪比序列到地表反射率的映射；若完成，则判断处理间隔是否满足设定阈值(即所有时刻都处理完)，若未满足，则读取新RINEX格式导航文件，完成信噪比序列到地表反射率的映射；若满足，则跳出循环，进入介电常数分布图构建模块。
介电常数分布图构建模块：将所求的高度角-方位角域的地表反射率(即)映射构建地表介电常数空间分布。首先将高度角和方位角域进行如图4所示的网格化划分，第(m,n)个网格的高度角θm，n和方位角φm，n范围为：
其中，Δθ为高度角网格化间隔；Δφ为方位角网格化间隔。
然后根据每个网格的高度角和方位角以及前面得到的地表反射率估计值得到每个网格的反射率，并通过模型最优匹配法估计网格内的介电常数得到网格的介电常数估计值。
反射率模型为：
其中，和/>分别为垂直和水平线极化反射系数：
假设在第(m,n)网格内有M个反射率观测值，则介电常数估计值满足条件：
其中，θm和φn分别为网格(m，n)对应的高度角和方位角，表示第i个导航卫星在网格(m，n)的地表反射率估计值。将高度角-方位角域的介电常数估计值/>通过几何关系映射至空间域得到介电常数空间分布特征/>即：
为高度角和方位角分别为θm和φn的地表介电常数估计值。
边界提取模块：利用介电常数空间分布特征提取河流边界信息，并输出边界位置信息。
首先通过拉普拉斯算子计算介电常数分布图的分界线幅度，即：
然后利用阈值分割提取分界线边界，即河流边界点满足：
其中，为河流边界点索引。
本发明的原理：
由于卫星运动，GNSS卫星和接收天线的镜面反射点位置随时间在空间域内变化。当镜面反射点在河面上时，GNSS多径信号主要来自河流反射，其信号特征主要表现了河面信息；当镜面反射点在陆面上时，GNSS多径信号主要来自陆表反射，其信号特征主要表现了陆面信息。本发明利用不同导航卫星、不同时刻的GNSS多径干涉效应反演地表面反射率，并利用几何关系将一定时间间隔内的反射率映射到对应的菲涅尔反射区得到反射率空间分布，在反射率分布特征基础上构建介电常数空间分布特征，通过提取反射率空间分布的陆-河介质分界线提取河流边界。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种GNSS-IR提取河流边界的方法，其特征在于，包括：
获取GNSS中各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角；所述各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角为根据各导航卫星在各时刻下的卫星信号得到的；所述卫星信号包括导航卫星发射的直达信号以及经地表反射的导航卫星的多径信号；
对于任意一个导航卫星，根据所述导航卫星在各时刻下的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络；
根据所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络和所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项得到所述导航卫星在各时刻下的地表反射率；
根据所述导航卫星在各时刻下的地表反射率得到所述导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值；所述角度包括高度角和方位角；
以高度角为横坐标，以方位角为纵坐标构建矩形，并对所述矩形进行网格划分；
根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值；
将各网格的介电常数估计值通过几何关系映射到空间域得到介电常数分布图；
根据所述介电常数分布图得到河流边界；
所述根据所述导航卫星在各时刻下的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和干涉振荡项包络，具体包括：
对所述导航卫星在各时刻下的信噪比分别进行线性化得到所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比；
对所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比分别进行最优拟合得到所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项；
根据所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项；
对所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项进行希尔伯特变换得到所述导航卫星在各时刻下变换后的干涉振荡项；
根据所述导航卫星在各时刻下变换后的干涉振荡项和所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项包络；
所述根据所述导航卫星在各时刻下的直达信号功率趋势项和所述导航卫星在各时刻下线性化后的信噪比得到所述导航卫星在各时刻下的干涉振荡项，具体包括：
对于任意一个时刻，用所述导航卫星在所述时刻下线性化后的信噪比减去所述导航卫星在所述时刻下的直达信号功率趋势项得到所述导航卫星在所述时刻下的干涉振荡项；
所述根据所述介电常数分布图得到河流边界，具体包括：
通过拉普拉斯算子对所述介电常数分布图进行处理得到所述介电常数分布图的分界线幅度；
利用阈值分割对所述介电常数分布图的分界线幅度进行处理得到河流边界。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS-IR提取河流边界的方法，其特征在于，所述根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值，具体包括：
根据各网格的角度以及各导航卫星在各时刻对应的角度下的地表反射率估计值，得到各网格的地表反射率估计值；
根据各网格的地表反射率估计值得到各网格的介电常数估计值。
3.根据权利要求1所述的一种GNSS-IR提取河流边界的方法，其特征在于，各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角的确定方法包括：
将各导航卫星在各时刻下的卫星信号分别转换为射频电压得到各导航卫星在各时刻下的射频电压信号；
根据各导航卫星在各时刻下的射频电压信号计算各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角。
4.一种GNSS-IR提取河流边界的装置，其特征在于，所述装置包括：
依次连接的多频GNSS天线、多模GNSS接收机和上位机；
所述多频GNSS天线用于获取各导航卫星在各时刻下的卫星信号并将获取的卫星信号发送给所述多模GNSS接收机；所述卫星信号包括导航卫星发射的直达信号以及经地表反射的导航卫星的多径信号；
所述多模GNSS接收机，用于根据所述多频GNSS天线获取的各导航卫星在各时刻下的卫星信号得到各导航卫星在各时刻下的信噪比、高度角和方位角；
所述上位机用于执行权利要求1-3中任意一项所述的GNSS-IR提取河流边界的方法。
5.根据权利要求4所述的一种GNSS-IR提取河流边界的装置，其特征在于，所述多频GNSS天线还用于将各导航卫星在各时刻下的卫星信号分别转换为射频电压得到各导航卫星在各时刻下的射频电压信号。
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