本技術(shù)涉及gnss遙感，特別涉及一種雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、gnss-r(global?navigation?satellite?system-reflectometry)是一種利用gnss衛(wèi)星反射信號，實現(xiàn)對地球表面物理參數(shù)監(jiān)測的遙感技術(shù)，gnss-r依靠不同的接收平臺(地基、天基和衛(wèi)星)接收gnss反射信號，并結(jié)合電磁波散射理論提取地表信息。

2、gnss-r雖然在陸地和海洋遙感(土壤濕度、洪水監(jiān)測、海面風和海面高度)方面顯示出巨大潛力，但是在形變監(jiān)測方面應(yīng)用并不廣泛。

3、傳統(tǒng)的形變監(jiān)測方法可在形變體上安裝多個gnss天線，通過對天線的高精度定位實現(xiàn)形變監(jiān)測，然而該技術(shù)只可以適用于點的形變參數(shù)估計，無法實現(xiàn)大面積觀測，同時，該方法需要直接將gnss天線固定在形變體上，屬于接觸式觀測，在某些形變危險點上無法布設(shè)；此外，非接觸式的三維激光掃描法可得到形變的三維數(shù)據(jù)，但其成本高、容易受天氣影響、需多次測量；地基干涉合成孔徑雷達(gb-insar)分辨率高，但其成本較高；星載sar能夠長時間工作，具有較大的監(jiān)測范圍和較高的空間分辨率，但是sar衛(wèi)星重返周期較長，無法提供短時間內(nèi)連續(xù)的形變信息。

4、綜上所述，現(xiàn)有的形變監(jiān)測方法的監(jiān)測成本較高，無法提供短時間內(nèi)連續(xù)的形變信息，且難以實現(xiàn)大面積觀測，亟待解決。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測方法及裝置，以解決現(xiàn)有的形變監(jiān)測方法的監(jiān)測成本較高，無法提供短時間內(nèi)連續(xù)的形變信息，且難以實現(xiàn)大面積觀測等問題。

2、本技術(shù)第一方面實施例提供一種雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測方法，包括以下步驟：獲取目標待監(jiān)測區(qū)域的位置信息和面積信息，并根據(jù)所述位置信息和所述面積信息調(diào)節(jié)目標地基雙天線gnss-r的下視天線傾角與支架高度，以控制所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)內(nèi)；采集所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)時所述目標地基雙天線gnss-r的參數(shù)信息，并采集所述目標地基雙天線gnss-r的gnss觀測數(shù)據(jù)，且對所述gnss觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量篩選處理，以得到所述gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的衛(wèi)星對信息；確定所述參數(shù)信息和所述gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的opt文件，并獲取所述目標地基雙天線gnss-r的gnss載波相位觀測值，且通過所述opt文件、所述gnss載波相位觀測值和所述衛(wèi)星對信息構(gòu)建三差觀測方程，以基于所述三差觀測方程，計算所述目標待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地面高度變化量。

3、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述根據(jù)所述位置信息和所述面積信息調(diào)節(jié)目標地基雙天線gnss-r的下視天線傾角與支架高度，以控制所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)內(nèi)，包括：構(gòu)建所述目標地基雙天線gnss-r中直射天線與反射天線間的夾角可調(diào)節(jié)連接零件和可調(diào)節(jié)高度支架；根據(jù)所述位置信息和所述面積信息調(diào)節(jié)所述夾角可調(diào)節(jié)連接零件和所述可調(diào)節(jié)高度支架，以不斷調(diào)整所述目標地基雙天線gnss-r的所述下視天線傾角與所述支架高度，直至所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)內(nèi)為止。

4、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述采集所述目標地基雙天線gnss-r的gnss觀測數(shù)據(jù)，且對所述gnss觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量篩選處理，以得到所述gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的衛(wèi)星對信息，包括：對所述目標地基雙天線gnss-r的gnss觀測數(shù)據(jù)進行rinex格式轉(zhuǎn)換，以生成目標觀測數(shù)據(jù)，其中，所述目標觀測數(shù)據(jù)包括直射天線觀測數(shù)據(jù)和反射天線觀測數(shù)據(jù)；分別確定所述直射天線觀測數(shù)據(jù)和所述反射天線觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的衛(wèi)星天頂圖、信噪比圖和周跳發(fā)生信息，并根據(jù)所述衛(wèi)星天頂圖、所述信噪比圖和所述周跳發(fā)生信息對所述目標觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量篩選處理，以生成至少一個目標衛(wèi)星信息；基于所述至少一個目標衛(wèi)星信息和所述衛(wèi)星天頂圖，生成所述衛(wèi)星對信息。

5、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述通過所述opt文件、所述gnss載波相位觀測值和所述衛(wèi)星對信息構(gòu)建三差觀測方程，以基于所述三差觀測方程，計算所述目標待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地面高度變化量，包括：對所述直射天線和所述反射天線的地面對稱點進行相對定位，以得到所述直射天線與所述反射天線在所述地面對稱點的在北方向上的距離；基于所述opt文件、所述gnss載波相位觀測值和所述衛(wèi)星對信息，獲取所述目標地基雙天線gnss-r的高度角、所述直射天線和所述反射天線之間的天線相位中心間距、所述天線相位中心間距的水平投影長度以及地面到所述目標地基雙天線gnss-r的反射接收機的天線相位中心的垂直距離；根據(jù)所述高度角、所述水平投影長度、所述天線相位中心間距、所述垂直距離、所述直射天線與所述反射天線在所述地面對稱點的在北方向上的距離和預(yù)設(shè)的cgnss-r測高幾何關(guān)系構(gòu)建所述目標地基雙天線gnss-r的信號傳播路徑的幾何模型；基于所述衛(wèi)星對信息，獲取目標衛(wèi)星在目標時刻的頻段波長、所述目標衛(wèi)星的反射接收機和直射接收機的相位觀測量、所述目標衛(wèi)星的反射接收機和直射接收機的鐘差差值，以及所述目標衛(wèi)星的反射接收機和直射接收機與所述相位觀測量的模糊度；根據(jù)所述頻段波長、所述相位觀測量、所述鐘差差值和所述模糊度確定所述目標衛(wèi)星的信號傳播路徑的單差觀測方程，并融合所述幾何模型和所述單差觀測方程，以建立gnss-r測高模型；基于所述gnss-r測高模型，建立所述三差觀測方程，并通過所述三差觀測方程執(zhí)行相鄰歷元作差操作，以得到每個歷元對應(yīng)的地面高度變化量。

6、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，在計算所述目標待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地面高度變化量之后，還包括：根據(jù)所述每個歷元對應(yīng)的地面高度變化量繪制對應(yīng)的散點圖；計算所述散點圖的標準差和均方根誤差，以通過所述標準差和所述均方根誤差品評估所述目標待監(jiān)測區(qū)域的監(jiān)測性能。

7、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述幾何模型的數(shù)學表達式為：

8、

9、其中，ρr表示所述反射天線的反射信號路徑長度；ρd表示所述直射天線的直射信號路徑長度；h表示所述地面到所述目標地基雙天線gnss-r的反射接收機的天線相位中心的垂直距離；d表示所述直射天線和所述反射天線之間的天線相位中心間距；θ表示所述目標地基雙天線gnss-r的高度角；n表示所述直射天線與所述反射天線在所述地面對稱點的在北方向上的距離；d1表示所述天線相位中心間距的水平投影長度

10、本技術(shù)第二方面實施例提供一種雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測裝置，包括：調(diào)節(jié)模塊，用于獲取目標待監(jiān)測區(qū)域的位置信息和面積信息，并根據(jù)所述位置信息和所述面積信息調(diào)節(jié)目標地基雙天線gnss-r的下視天線傾角與支架高度，以控制所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)內(nèi)；篩選模塊，用于采集所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)時所述目標地基雙天線gnss-r的參數(shù)信息，并采集所述目標地基雙天線gnss-r的gnss觀測數(shù)據(jù)，且對所述gnss觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量篩選處理，以得到所述gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的衛(wèi)星對信息；監(jiān)測模塊，用于確定所述參數(shù)信息和所述gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的opt文件，并獲取所述目標地基雙天線gnss-r的gnss載波相位觀測值，且通過所述opt文件、所述gnss載波相位觀測值和所述衛(wèi)星對信息構(gòu)建三差觀測方程，以基于所述三差觀測方程，計算所述目標待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地面高度變化量。

11、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述調(diào)節(jié)模塊包括：構(gòu)建單元，用于構(gòu)建所述目標地基雙天線gnss-r中直射天線與反射天線間的夾角可調(diào)節(jié)連接零件和可調(diào)節(jié)高度支架；調(diào)整單元，用于根據(jù)所述位置信息和所述面積信息調(diào)節(jié)所述夾角可調(diào)節(jié)連接零件和所述可調(diào)節(jié)高度支架，以不斷調(diào)整所述目標地基雙天線gnss-r的所述下視天線傾角與所述支架高度，直至所述目標待監(jiān)測區(qū)域處于所述目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)內(nèi)為止。

12、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述篩選模塊包括：轉(zhuǎn)換單元，用于對所述目標地基雙天線gnss-r的gnss觀測數(shù)據(jù)進行rinex格式轉(zhuǎn)換，以生成目標觀測數(shù)據(jù)，其中，所述目標觀測數(shù)據(jù)包括直射天線觀測數(shù)據(jù)和反射天線觀測數(shù)據(jù)；第一確定單元，用于分別確定所述直射天線觀測數(shù)據(jù)和所述反射天線觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的衛(wèi)星天頂圖、信噪比圖和周跳發(fā)生信息，并根據(jù)所述衛(wèi)星天頂圖、所述信噪比圖和所述周跳發(fā)生信息對所述目標觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量篩選處理，以生成至少一個目標衛(wèi)星信息；生成單元，用于基于所述至少一個目標衛(wèi)星信息和所述衛(wèi)星天頂圖，生成所述衛(wèi)星對信息。

13、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述監(jiān)測模塊包括：相對定位單元，用于對所述直射天線和所述反射天線的地面對稱點進行相對定位，以得到所述直射天線與所述反射天線在所述地面對稱點的在北方向上的距離；第一獲取單元，用于基于所述opt文件、所述gnss載波相位觀測值和所述衛(wèi)星對信息，獲取所述目標地基雙天線gnss-r的高度角、所述直射天線和所述反射天線之間的天線相位中心間距、所述天線相位中心間距的水平投影長度以及地面到所述目標地基雙天線gnss-r的反射接收機的天線相位中心的垂直距離；第二確定單元，用于根據(jù)所述高度角、所述水平投影長度、所述天線相位中心間距、所述垂直距離、所述直射天線與所述反射天線在所述地面對稱點的在北方向上的距離和預(yù)設(shè)的cgnss-r測高幾何關(guān)系構(gòu)建所述目標地基雙天線gnss-r的信號傳播路徑的幾何模型；第二獲取單元，用于基于所述衛(wèi)星對信息，獲取目標衛(wèi)星在目標時刻的頻段波長、所述目標衛(wèi)星的反射接收機和直射接收機的相位觀測量、所述目標衛(wèi)星的反射接收機和直射接收機的鐘差差值，以及所述目標衛(wèi)星的反射接收機和直射接收機與所述相位觀測量的模糊度；融合單元，用于根據(jù)所述頻段波長、所述相位觀測量、所述鐘差差值和所述模糊度確定所述目標衛(wèi)星的信號傳播路徑的單差觀測方程，并融合所述幾何模型和所述單差觀測方程，以建立gnss-r測高模型；執(zhí)行單元，用于基于所述gnss-r測高模型，建立所述三差觀測方程，并通過所述三差觀測方程執(zhí)行相鄰歷元作差操作，以得到每個歷元對應(yīng)的地面高度變化量。

14、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，還包括：繪制模塊，用于在計算所述目標待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地面高度變化量之后根據(jù)所述每個歷元對應(yīng)的地面高度變化量繪制對應(yīng)的散點圖；評估模塊，用于計算所述散點圖的標準差和均方根誤差，以通過所述標準差和所述均方根誤差品評估所述目標待監(jiān)測區(qū)域的監(jiān)測性能。

15、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述幾何模型的數(shù)學表達式為：

16、

17、其中，ρr表示所述反射天線的反射信號路徑長度；ρd表示所述直射天線的直射信號路徑長度；h表示所述地面到所述目標地基雙天線gnss-r的反射接收機的天線相位中心的垂直距離；d表示所述直射天線和所述反射天線之間的天線相位中心間距；θ表示所述目標地基雙天線gnss-r的高度角；n表示所述直射天線與所述反射天線在所述地面對稱點的在北方向上的距離；d1表示所述天線相位中心間距的水平投影長度。

18、本技術(shù)第三方面實施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)如上述實施例所述的雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測方法。

19、本技術(shù)第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上的雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測方法。

20、本技術(shù)第五方面實施例提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序，所述計算機程序被執(zhí)行，以用于實現(xiàn)上述的雙天線gnss-r地面高度變化監(jiān)測方法。

21、由此，本技術(shù)的實施例具有以下有益效果：

22、本技術(shù)的實施例可通過獲取目標待監(jiān)測區(qū)域的位置信息和面積信息，并根據(jù)位置信息和面積信息調(diào)節(jié)目標地基雙天線gnss-r的下視天線傾角與支架高度，以控制目標待監(jiān)測區(qū)域處于目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)內(nèi)；采集目標待監(jiān)測區(qū)域處于目標地基雙天線gnss-r的菲尼爾反射區(qū)時目標地基雙天線gnss-r的參數(shù)信息，并采集目標地基雙天線gnss-r的gnss觀測數(shù)據(jù)，且對gnss觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量篩選處理，以得到gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的衛(wèi)星對信息；確定參數(shù)信息和gnss觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的opt文件，并獲取目標地基雙天線gnss-r的gnss載波相位觀測值，且通過opt文件、gnss載波相位觀測值和衛(wèi)星對信息構(gòu)建三差觀測方程，以基于三差觀測方程，計算目標待監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地面高度變化量。本技術(shù)可通過設(shè)計零件與垂直方向的夾角和支架的高度，以連續(xù)監(jiān)測指定的地面位置與面積，有利于應(yīng)對更多的監(jiān)測環(huán)境。由此，解決了現(xiàn)有的形變監(jiān)測方法的監(jiān)測成本較高，無法提供短時間內(nèi)連續(xù)的形變信息，且難以實現(xiàn)大面積觀測等問題。

23、本技術(shù)附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實踐了解到。