本发明涉及导航卫星洪涝探测反演，具体指一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法。
背景技术：
1、随着全球变暖日趋严重，气候变化极不规则，导致区域性洪涝灾害频繁发生，严重威胁着人们的物质财产和生命安全。
2、当前，对洪涝灾害的探测方法大致可以分为三类，第一类是基于雨量监测计的探测方法，采用人工安装雨量监测计对降雨进行测量，再通过雨量探测洪涝灾害。该方法测量精度较高，单个测站成本低，但空间分辨率低。若采用大范围布置测站的方法提高空间方便率，则成本较高，管理难度大。第二类是利用遥感卫星进行的洪涝灾害探测。该方法对洪涝灾害探测的范围较广，时间和空间分辨率都比基于雨量监测计的方法要高。然而，遥感卫星受环境影响大，特别是恶劣天气下探测精度严重下降，但偏偏这种环境下更容易引发洪涝灾害，因此应用受限，且还需要单独发射遥感卫星，成本较高。此外，遥感卫星的数据处理分为在轨处理或地面处理，在轨处理对硬件成本要求较高，而地面处理实时性又较差，因此对洪涝灾害的往往侧重事后分析，而非探测等应用。第三类是基于全球卫星导航系统的洪涝灾害探测，该类方法利用洪水和多路径的关系，以及多路径与导航信号的关系，最终反演出洪涝灾害。因此，该类方法测量精度高，监测范围广，且时间和空间分辨率均较高。利用现有的导航系统而不需要再单独发射卫星又可以降低硬件成本，因此成为今年研究的热点。然而，现有基于全球导航卫星系统的洪涝探测主要是利用信号的信噪比或组合观测，但对于低端接收机而言，并不会直接输出信噪比，此外，对于大部分低端接收机而言，往往也只有单频信号输出，无法实现组合观测值。因此，对于低端接收机而言，该类方法会失效。
3、因此，亟需一种能应用于低端单频接收机的洪涝探测方法，既可以克服低端接收机不输出信噪比的而导致基于信噪比的方法失效问题，又可以解决单频接收机无法形成组合观测值而导致方法失效的问题，以及基于雨量探测仪的人工成本高，空间分辨率低，以及基于遥感卫星受环境影响大的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝灾害探测方法，该方法考虑了低端接收机不提供信噪比的影响，有效克服了单频接收机无法实现组合频率探测等问题。同时，采用线性插值法提高信号信噪比的分辨率，解决了探测精度低等问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
3、一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝灾害探测方法：
4、第一步：在探测模型建立层面。采用普通低端单频大地测量型接收机连续收集非洪涝日的gps卫星信号强度指标等原始数据，包括载波相位、伪距等原始观测值。同时计算相应历元时刻的高度角，方位角以及历元时间等信息，为后续建立洪涝灾害探测模型提供辅助参数信息。具体过程可以分为四个部分：
5、1)生成基于gps卫星原始信号强度指标的第一探测参考值。针对粗差观测值的影响，采用相邻历元差值法对粗差观测值进行处理，得到高精度的卫星信号强度指标。利用卫星信号强度指标和信号信噪比对应关系，计算对应的信噪比，以此作为洪涝灾害探测的第一探测参考值。
6、2)生成具有高分辨率的插值信号信噪比作为第二探测参考值。对第一步得到的第一探测参考值继续进行处理，利用线性插值法，并结合高度角和信号历元信息，对第一探测参考值进行插值处理，得到分辨率更高的插值信号信噪比，以此作为洪涝灾害探测的第二探测参考值。
7、3)对gps所有卫星分别计算相应的第一和第二探测参考值，过程如1)和2)所述。并利用接收机站坐标和卫星星历计算相应历元时刻的高度角和时间信息等辅助信息，便于后续搜索参考模型。
8、4)建立探测模型(模型以数据库的形式存放在本地电脑上)。利用计算得到的第一和第二探测参考值量，以及相应的辅助信息建立基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝灾害探测模型。通过对gps卫星进行分卫星分别建立第一和第二探测参考值探测模型，并按照相应历元的时间、高度角、方位角等信息进行存储，为后续洪涝探测奠定基础。存储方式如下：比如gps g01卫星l1频段12点12分30秒(按数据采样率为30秒进行举例)时刻的第一检测量为s_1g01_l1，第二检测量为s_2g01_l1，对应的高度角为：eg01_l1(两个探测量的高度角是一致的)。时间信息如该例子中的12点12分30记录符号表示为：tg01_l1。
9、第二步：基于gps卫星原始信号强度指标的洪涝探测法。利用第一步建立的原始信号强度指标探测模型对探测天的gps卫星信号强度指标进行对比探测。首先，对探测当天接收到的gps卫星原始信号强度指标观测数据进行处理，消除粗差观测值的影响，得到精确的原始信号强度指标。利用信号强度指标和信号信噪比对应关系，计算对应的信噪比，即第一探测量。其次，利用接收机站坐标和卫星星历计算相应历元时刻的高度角、方位角和时间等辅助信息，搜索洪涝探测参考模型(该模型在第一步建立)，找到对应历元的参考值。最后，将得到的gps卫星的原始信号强度指标对应的信号信噪比(即第一探测量)与搜索出来的参考值进行比对。若对比差值大于设定阈值，则进行洪涝灾害标记，若没有，则不标记。
10、第三步：基于gps卫星插值信号信噪比的洪涝灾害探测法。利用第一步建立的基于gps卫星插值信号信噪比的洪涝灾害探测模型对探测天的gps卫星插值信号信噪比进行对比探测。首先，对探测当天接收到的gps卫星原始信号强度指标观测数据进行处理，消除粗值观测值的影响，得到精确的原始信号强度指标。利用信号强度指标和信号信噪比对应关系，计算对应的信噪比，得到第一探测量。然后，利用线性插值法，并结合高度角和历元时间信息，得到高精度的插值信号信噪比，以此作为洪涝灾害探测的第二探测量。其次，利用接收机站坐标和卫星星历计算相应历元时刻的高度角、方位角和时间等辅助信息，搜索洪涝探测参考模型(该模型在第一步建立)，找到对应历元的参考值。最后，将得到的gps卫星的第二探测量与搜索出来的参考值进行比对。若对比差值大于设定阈值，则进行洪涝灾害标记，若没有，则不标记。
11、第四步：结合第二步第一探测量和第三步第二探测量的探测结果进行联合分析处理。如果两组探测结果均出现标记，则认为存在洪涝危险，需进行一级洪涝预警处理。若只有一种情况出现标记，则进行二级洪涝预警。若两者都没有标记，则不进行预警处理。
12、本发明具有以下的特点和有益效果：
13、可以利用现有gps导航系统卫星对洪涝灾害进行探测，与现有基于传统雨量计测量方法相比，可以解决探测范围小，空间分辨率低等问题。与现在基于遥感卫星测量方法相比，可以解决受环境影响大、实时性低、硬件成本高等问题，能够有效降低硬件成本，同时保证洪涝灾害探测的精确性和实时性，也可以保证洪涝监测的成功率和稳定性，为洪涝灾害预警提供强有力的支撑。
14、与现有基于全球导航系统卫星测量方法相比，既可以解决低端单频接收机不提供信噪比和双频信号而导致探测方法失效等问题，也可以解决因原始信号强度指标分辨率较低而导致探测精度低和探测性能不稳定等问题。同时，融合gps所有卫星进行联合探测可以保证探测成功率和稳定性等问题，从而满足高精度、高实时性和高稳定性的洪涝灾害探测。
15、考虑到粗值观测值会导致探测精度低等问题，采用相邻历元差值法对粗差进行剔除，有效提高卫星原始信号强度指标的精度。利用信号强度指标和信号信噪比对应关系，计算对应的信噪比，并以此作为第一探测量。考虑到第一探测量的分辨率较低，利用基于线性插值法，并利用高度角和历元时间等信息对第一探测量进行插值处理，得到分辨率较高的插值信号信噪比，并以此作为洪涝灾害探测的第二探测量，提高探测精度。融合gps所有卫星进行联合探测，进一步保障洪涝灾害探测的成功率和准确率。
1.一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，所述步骤4中，将第一探测量与所有历元时间的第一探测参考量进行对比，若对比差值大于设定阈值，则进行洪涝灾害标记，若没有，则不标记。
3.根据权利要求2所述的一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，所述步骤4中，将第二探测量与所有历元时间的第二探测参考量进行对比，若对比差值大于设定阈值，则进行洪涝灾害标记，若没有，则不标记。
4.根据权利要求3所述的一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，最后，根据历元标记结果进行统计分析，若标记历元占总历元数的80％以上，则认为存在强洪涝相关，做一级标记；若标记历元占总历元数的60％以上，则认为存在较强洪涝相关，做二级标记；若标记历元占比低于60％，则不进行标记。
5.根据权利要求4所述的一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，所述步骤5中，若两个探测量存在一级标记，则认为存在洪涝危险，需进行一级洪涝灾害预警处理；若两个探测量无一级标记但有二级标记，则进行二级洪涝预警；若两者都没有标记，不进行预警。
6.根据权利要求1所述的一种基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，所述步骤4中，阈值为0.5。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于gps卫星信号强度指标和高度角的洪涝探测方法，其特征在于，所述gps卫星观测值通过低端单频接收机获取。
