本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航已經(jīng)融入工作和生活的方方面面，為人民的出行和工作提供了保障。尤其是我國自行家里的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，在導(dǎo)航精度方面展現(xiàn)出更為優(yōu)異的特性。

但是，目前導(dǎo)航衛(wèi)星的信號處理方面，亟待建立一種更好的建模方式，從而提高對衛(wèi)星信號的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，本發(fā)明提供了用于提高衛(wèi)星信號可靠性的可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器。

為了達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器，所述反射信號模擬器，包括：

人機交互模塊、z-v模型仿真模塊、多條反射信號幅值擬合計算模塊、鏡面反射點時延計算模塊；

其中，人機交互模塊用于通過交互界面獲取用戶的控制指令，將控制指令傳輸至z-v模型仿真模塊；

z-v模型仿真模塊對接收到的控制指令進行解析，得到風(fēng)向、風(fēng)速、接收機高度等參數(shù)，以及北斗直射信號產(chǎn)生仿真系統(tǒng)求得的衛(wèi)星仰角、方位角等信息，根通過配置風(fēng)向、風(fēng)速等參數(shù)，利用海浪譜模型得到坡度概率密度函數(shù)，然后結(jié)合鏡面反射點的坐標(biāo)、衛(wèi)星的坐標(biāo)和接收機的坐標(biāo)，利用基爾霍夫近似的幾何光學(xué)方法得到散射系數(shù)，再結(jié)合相關(guān)功率模型即z-v模型便得到海面反射信號相關(guān)功率的理論曲線；實現(xiàn)對z-v模型的仿真之后，計算得到一組時延-相關(guān)功率數(shù)據(jù)集，將該數(shù)據(jù)集傳輸至多條反射信號幅值擬合計算模塊；

在多條反射信號幅值擬合計算模塊中，選取用于反射信號建模的反射信號條數(shù)和各條反射信號之間的時延間隔，然后結(jié)合z-v模型仿真模塊計算得到的時延-相關(guān)功率數(shù)據(jù)集，通過幅值的擬合算法精確計算求得各條反射信號的幅值，這樣就得到各條反射信號的時延間隔和幅值基本參數(shù)。

鏡面反射點時延計算模塊用于計算鏡點反射信號的時延；在計算得到鏡面反射點反射信號的時延之后，結(jié)合前面求得的各條反射信號的時延間隔和幅值，則得到本組反射信號時延、功率等基本參數(shù)，用于反射信號的生成。

結(jié)合上述三個模塊，完成反射信號參數(shù)信息的動態(tài)產(chǎn)生，即根據(jù)衛(wèi)星仰角、方位角等參數(shù)的實時變化，產(chǎn)生不同的z-v模型數(shù)據(jù)集進行反射信號建模，從而求解到不同的反射信號參數(shù)，以達到動態(tài)產(chǎn)生反射信號的結(jié)果。

可選的，所述反射信號模擬器，還包括：

誤差計算模塊，以及反射信號狀態(tài)參數(shù)計算模塊；

其中，誤差計算模塊除了計算信號傳播中常見的誤差如電離層延遲、對流層延遲、多徑干擾、多普勒效應(yīng)、相對論效應(yīng)、星鐘誤差及星歷誤差等直射信號中常見的誤差，還會增加噪聲模型對z-v模型進行修正和相關(guān)值旁瓣模型對幅值擬合計算進行修正，從而提高模擬器的仿真精度。

反射信號狀態(tài)參數(shù)計算模塊北斗直射信號產(chǎn)生仿真系統(tǒng)產(chǎn)生的直射信號參數(shù)，結(jié)合反射信號參數(shù)信息，重新修改生成反射信號的各項狀態(tài)信息如偽距、多普勒、功率等。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過配置一些基本參數(shù)如仿真時刻、系統(tǒng)頻點等，以及反射面信息的配置，包括海面風(fēng)速、海面高度、海面風(fēng)向等參數(shù)，可以模擬仿真產(chǎn)生北斗meo衛(wèi)星機載接收的直射信號和反射信號。并且由于對反射信號幅值進行了精確的擬合求解，可以適用于北斗反射信號遙感測風(fēng)等應(yīng)用，為北斗meo衛(wèi)星反射信號模型的研究和遙感應(yīng)用研究提供保障。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明提供的一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的z-v模型仿真流程圖；

圖3是本發(fā)明提供的模擬器軟件處理流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進一步地描述。

實施例一

本發(fā)明提供了一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器，如圖1所示，所述反射信號模擬器，包括：

人機交互模塊、z-v模型仿真模塊、多條反射信號幅值擬合計算模塊、鏡面反射點時延計算模塊、誤差計算模塊和反射信號狀態(tài)參數(shù)計算模塊；

本發(fā)明的總體功能為利用人機交互界面配置的各項反射信號參數(shù)，結(jié)合北斗直射信號產(chǎn)生仿真系統(tǒng)得到的直射信號狀態(tài)參數(shù)，完成內(nèi)部各種模塊的計算，從而產(chǎn)生反射信號參數(shù)。其中，人機交互模塊與北斗直射信號產(chǎn)生仿真系統(tǒng)的人機交互模塊基本類似，均采用基于mfc的交互式圖形界面，用戶可以通過在交互界面上進行參數(shù)配置從而完成對系統(tǒng)的控制和操作，并且其反射信號產(chǎn)生結(jié)果以數(shù)據(jù)和圖形的方式顯示在界面上。

在界面配置中包括下面幾個部分：基本信息的配置，配置一些基本參數(shù)如仿真時刻、系統(tǒng)頻點等；反射面信息的配置，包括海面風(fēng)速、海面高度、海面風(fēng)向等參數(shù)，用于z-v模型的仿真計算；反射信號的參數(shù)配置，包括反射信號的系統(tǒng)、頻點、星號、反射信號的條數(shù)、時延間隔、功率、多普勒等信息，其中反射信號的功率可以在多條反射信號幅值擬合計算模塊中計算求得，也可以直接在界面中進行配置；載體參數(shù)配置，即在界面中選擇載體接收機的運動模式及運動參數(shù)信息。由于是利用z-v模型進行的反射信號建模，所以接收機的運動模式一般考慮機載或者星載模式。在結(jié)果顯示上，可以以數(shù)據(jù)列表或圖形控件的形式顯示產(chǎn)生的反射信號信息和衛(wèi)星參數(shù)。

z-v模型仿真模塊通過讀取人機交互界面配置的風(fēng)向、風(fēng)速、接收機高度等參數(shù)，以及北斗直射信號產(chǎn)生仿真系統(tǒng)求得的衛(wèi)星仰角、方位角等信息，根據(jù)圖2所示的z-v模型仿真流程，通過配置風(fēng)向、風(fēng)速等參數(shù)，利用elfouhaily海浪譜模型得到坡度概率密度函數(shù)，然后結(jié)合鏡面反射點的坐標(biāo)、衛(wèi)星的坐標(biāo)和接收機的坐標(biāo)，利用基爾霍夫近似的幾何光學(xué)方法(ka-go模型)得到散射系數(shù)，再結(jié)合相關(guān)功率模型即z-v模型便可以得到海面反射信號相關(guān)功率的理論曲線。實現(xiàn)對z-v模型的仿真之后，可以計算得到一組時延-相關(guān)功率數(shù)據(jù)集，可以用于對反射信號進行建模。

多條反射信號幅值擬合計算模塊是模擬器產(chǎn)生反射信號可以用來進行測風(fēng)的關(guān)鍵。首先選取用于反射信號建模的反射信號條數(shù)和各條反射信號之間的時延間隔，然后結(jié)合z-v模型仿真模塊計算得到的時延-相關(guān)功率數(shù)據(jù)集，通過幅值的擬合算法精確計算求得各條反射信號的幅值，這樣就得到各條反射信號的時延間隔和幅值基本參數(shù)。由于利用反射信號進行測風(fēng)的技術(shù)是通過反射信號相關(guān)功率曲線進行匹配得到結(jié)果，因此通過幅值的擬合求解，可以使得疊加而成的反射信號與理論反射信號曲線后沿保持一致，保證了產(chǎn)生信號進行測風(fēng)應(yīng)用的精度。

鏡面反射點時延計算模塊用于計算鏡點反射信號的時延。由于建立的反射信號模型中以鏡面反射點的反射信號作為第一條反射信號，因此鏡點處反射信號時延非常重要，它同時決定了后面反射信號的時延，所以把這一部分單獨設(shè)計成一個模塊，并加入了誤差修正用于精度的提高。在計算得到鏡面反射點反射信號的時延之后，結(jié)合前面求得的各條反射信號的時延間隔和幅值，則可以得到本組反射信號時延、功率等基本參數(shù)，可以用于反射信號的生成。

結(jié)合上述三個模塊，可以完成反射信號參數(shù)信息的動態(tài)產(chǎn)生，即根據(jù)衛(wèi)星仰角、方位角等參數(shù)的實時變化，產(chǎn)生不同的z-v模型數(shù)據(jù)集進行反射信號建模，從而求解到不同的反射信號參數(shù)，以達到動態(tài)產(chǎn)生反射信號的結(jié)果。

誤差計算模塊除了計算信號傳播中常見的誤差如電離層延遲、對流層延遲、多徑干擾、多普勒效應(yīng)、相對論效應(yīng)、星鐘誤差及星歷誤差等直射信號中常見的誤差，還會增加噪聲模型對z-v模型進行修正和相關(guān)值旁瓣模型對幅值擬合計算進行修正，從而提高模擬器的仿真精度。

反射信號狀態(tài)參數(shù)計算北斗直射信號產(chǎn)生仿真系統(tǒng)產(chǎn)生的直射信號參數(shù)，結(jié)合反射信號參數(shù)信息，重新修改生成反射信號的各項狀態(tài)信息如偽距、多普勒、功率等。

結(jié)合軟件工程的思想和程序?qū)崿F(xiàn)的操作，可以設(shè)計模擬器軟件處理流程如圖3。用戶輸入包括直射、反射信號參數(shù)配置的控制指令，使得z-v模型仿真模塊在初始化、并且完成自檢后，能夠根據(jù)控制指令讀星歷、分不同的線程生成導(dǎo)航電文，接著計算各顆衛(wèi)星參數(shù)，得到直射信號狀態(tài)參數(shù)。

接著結(jié)合已配置的風(fēng)速、衛(wèi)星仰角等參數(shù)信息借助z-v模型進行仿真，從而選取適當(dāng)?shù)男盘枟l數(shù)和時延進行建模，擬合計算各信號幅值。

還需要借助誤差模塊對得到的幅值進行修正以便提高仿真精度，得到具有準(zhǔn)確幅值的反射信號。進而疊加多條具有準(zhǔn)確幅值的反射信號，并對直射信號和反射信號分別進行數(shù)字化處理后并何璐，生成兩個數(shù)字中頻文件。

本發(fā)明的目的在于：設(shè)計一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器，可以通過配置不同的參數(shù)對北斗meo衛(wèi)星機載反射信號進行模擬，為北斗meo衛(wèi)星反射信號模型的研究和遙感應(yīng)用研究提供保障。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器，該模擬器通過配置一些基本參數(shù)如仿真時刻、系統(tǒng)頻點等，以及反射面信息的配置，包括海面風(fēng)速、海面高度、海面風(fēng)向等參數(shù)，可以模擬仿真產(chǎn)生北斗meo衛(wèi)星機載接收的直射信號和反射信號。并且由于對反射信號幅值進行了精確的擬合求解，可以適用于北斗反射信號遙感測風(fēng)等應(yīng)用。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

(1)本發(fā)明是利用建立的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模型，設(shè)計的一種可用于測風(fēng)的軟件模擬器，可以對模型進行驗證和優(yōu)化。

(2)可以對模擬器中的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)配置進行調(diào)整，以適應(yīng)不同的環(huán)境、位置等條件。

(3)可在本模擬器的基礎(chǔ)上增加測高、溢油、海冰等限定條件，從而達到模擬器的多功能輸出。

本發(fā)明提供了一種可用于海面測風(fēng)的北斗meo衛(wèi)星機載反射信號模擬器，包括：人機交互模塊、z-v模型仿真模塊、多條反射信號幅值擬合計算模塊、鏡面反射點時延計算模塊；通過配置一些基本參數(shù)如仿真時刻、系統(tǒng)頻點等，以及反射面信息的配置，包括海面風(fēng)速、海面高度、海面風(fēng)向等參數(shù)，可以模擬仿真產(chǎn)生北斗meo衛(wèi)星機載接收的直射信號和反射信號。并且由于對反射信號幅值進行了精確的擬合求解，可以適用于北斗反射信號遙感測風(fēng)等應(yīng)用，為北斗meo衛(wèi)星反射信號模型的研究和遙感應(yīng)用研究提供保障。

上述實施例中的各個序號僅僅為了描述，不代表各部件的組裝或使用過程中的先后順序。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。