一种外源助动式大气海洋遥感装置及实现方法和工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种外源助动式大气海洋遥感装置及实现方法和工作方法，该遥感装置包括由上视天线阵列、下视天线阵列、POD天线、下视校准天线、射频接收单元、DBF采集、时钟及信号参考单元等组成的天线阵面子系统，由DBF合成、相关器、遥控遥测、固存、二次电源组成的数字中频信号处理子系统。该工作方法包括：相关器模块是载荷的主控模块，接收GNSS直射、反射信号，完成波束角、镜面反射点及反射信号控制量计算等，输出互相关功率谱。本发明专利技术遥感装置可同时覆盖多个镜面反射区域，相对于传统雷达高度计的单条带探测模式，本方法包含的多条带探测模式为二维海表参数反演提供了可行性，有效提高条带覆盖空白区域的反演精度。

【技术实现步骤摘要】
一种外源助动式大气海洋遥感装置及实现方法和工作方法
本专利技术涉及探测装置领域，特别涉及一种外源助动式大气海洋遥感装置及实现方法和工作方法。
技术介绍
GNSS-R综合探测装置采用GNSS-R(GlobalNavigationSatelliteSystem-Reflection)双基雷达散射海洋遥感技术，是一项崭新的、有效的、低成本的微波遥感技术，通过相控阵天线轻量化设计、DBF数字波束形成技术，实现载荷的综合化、轻量化、低成本、高精度、宽刈幅，具备全天时、全天候的海洋动力环境监测能力，可应用于中尺度海面平均高度、海面风场、有效波高、海冰等大气海洋环境要素的探测。GNSS-R技术探测原理为双基雷达散射模式，GNSS-R综合探测装置需要使用4副天线：1)一副基于DBF技术的上视高增益阵列天线，接收GNSS直射信号；2)一副基于DBF技术的下视高增益阵列天线，接收GNSS反射信号；3)一副POD天线，接收GNSS直射信号，辐射上视校准信号；4)一副下视校准天线，辐射下视校准信号；目前，地基、机载、星载GNSS-R探测仪大多数面向的是风场反演、海冰反演、有效波高反演或者探测精度不高的海面平均高度反演，采用的是低增益阵列天线，也有面向高精度海面平均高度探测的ESA的PARIS载荷系统也迟迟未能发射，采用的是高增益的相控阵天线来接收导航卫星的信号，但PARIS载荷系统使用的是传统的基于模拟信号合成相控阵天线，载荷的探测刈幅受到限制，而本专利提出的一种外源助动式大气海洋遥感装置采用的是基于DBF-数字波束合成技术的相控阵天线，波束个数的扩展较为方便，仅需增加后端数字中频信号处理单机的个数，有利于搭载不同的平台，满足不同用户的应用需求。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种外源助动式大气海洋遥感装置及实现方法和工作方法，其采用基于DBF技术的多波束相控阵天线，对地球表面多个镜面反射区域进行覆盖，通过增加波束的个数有效扩大了载荷的刈幅，同时利用高增益天线的改善了时空分辨率低的问题，解决星载环境下传统测高载荷的波束少、有效幅宽小、时间分辨率低、空间分辨率低、成本高、重量功耗大的问题。为了达到上述专利技术目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术公开了一种外源助动式大气海洋遥感装置，包括天线阵面子系统和数字中频信号处理子系统，其中：所述天线阵面子系统包括上视天线阵面模块和下视天线阵面模块，其中：所述上视天线阵面模块包括上视天线阵列、POD天线、第一射频接收单元、第一馈电网络、第一DBF采集、第一阵面遥控遥测模块、时钟及信号参考单元、同步时钟模块、环形器、低噪放模块和第一阵面二次电源，其中：所述上视天线阵列与所述第一射频接收单元连接，用于高增益接收GNSS直射射频信号；所述POD天线与所述环形器连接，用于宽波束接收GNSS直射射频信号；所述第一射频接收单元与所述上视天线阵列、第一DBF采集和时钟及信号参考单元连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号的低噪声放大、功分、下变频和滤波处理；所述第一馈电网络与所述第一阵面二次电源连接，用于给所述第一射频接收单元提供本振信号、供电和开关控制信号；所述第一DBF采集与所述第一射频接收单元、同步时钟模块和DBF合成连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号中频信号的DBF一级合成；所述第一阵面遥控遥测模块与所述时钟及信号参考单元和相关器遥控遥测模块连接，用于接收所述相关器遥控遥测模块发送的遥控指令及采集天线阵面子系统上所有板卡的工作电压、阵面温度遥测信息；所述时钟及信号参考单元与所述第一射频接收单元、第一阵面遥控遥测模块、同步时钟模块、环形器、下视校准天线和相关器模块连接，用于产生载荷工作的全局时钟及载荷进入校准模式时需要使用的校正源信号；所述同步时钟模块与所述第一DBF采集、时钟及信号参考单元和第二DBF采集连接，用于产生所述第一DBF采集、第二DBF采集、DBF合成的工作时钟；所述环形器与所述POD天线、时钟及信号参考单元和低噪放模块连接，用于POD天线、校正源信号的耦合接收；所述低噪放模块与所述环形器和相关器模块连接，用于POD天线接收的信号放大；所述第一阵面二次电源与所述第一馈电网络连接，用于给天线阵面子系统的各模块进行供电；所述下视天线阵面模块包括下视天线阵列、下视校准天线、第二射频接收单元、第二馈电网络、第二DBF采集、第二阵面遥控遥测模块和第二阵面二次电源，其中：所述下视天线阵列与所述第二射频接收单元连接，用于高增益接收GNSS反射射频信号；所述下视校准天线与所述第二射频接收单元和时钟及信号参考单元连接，用于发射校准信号进行上视通道和下视通道之间的延迟校正；所述第二射频接收单元与所述下视天线阵列、第二DBF采集、下视校准天线和第二阵面遥控遥测模块连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号的低噪声放大、功分、下变频和滤波处理；所述第二馈电网络与所述第二阵面二次电源连接，用于给所述第二射频接收单元提供本振信号、供电和开关控制信号；所述第二DBF采集与所述第二射频接收单元、同步时钟模块和DBF合成连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号中频信号的DBF一级合成；所述第二阵面遥控遥测模块与所述第二射频接收单元和相关器遥控遥测模块连接，用于接收所述相关器遥控遥测模块发送的遥控指令及采集天线阵面子系统上所有板卡的工作电压、阵面温度遥测信息；所述第二阵面二次电源与所述第二馈电网络连接，用于给天线阵面子系统的各模块进行供电；所述数字中频信号处理子系统包括DBF合成、相关器模块、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源，其中：所述DBF合成与所述第一DBF采集、第二DBF采集、相关器模块、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源连接，用于接收DBF一级合成后的信号并进行DBF二级合成进而输出最终形成的DBF波束形成信号；所述相关器模块与所述时钟及信号参考单元、DBF合成、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源连接，用于根据工作模式指令、选星指令完成导航卫星信号的波束角计算、理论镜面反射点计算、反射通道PRN选择、反射信号控制量计算、原始数据的采集、数据下传类型的选择；所述相关器遥控遥测模块与所述DBF合成、相关器模块、固存模块、第一阵面遥控遥测模块和第二阵面遥控遥测模块连接，用于接收平台的遥控指令、分发给各个模块相应的遥控指令、数字中频信号处理子系统的遥测信息采集、整个载荷的遥测信息输出；所述固存模块与所述DBF合成、相关器模块、相关器遥控遥测模块和二次电源连接，用于载荷进入原始数据采集及传输模式时原始数据的存储和回发工作；所述二次电源与所述DBF合成、相关器模块和固存模块连接，用于给所述DBF合成、相关器模块和固存模块进行供电。进一步的，所述上视天线阵列的个数与所述第一射频接收单元的数量相同，所述第一射频接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，包括天线阵面子系统和数字中频信号处理子系统，其中：/n所述天线阵面子系统包括上视天线阵面模块和下视天线阵面模块，其中：/n所述上视天线阵面模块包括上视天线阵列、POD天线、第一射频接收单元、第一馈电网络、第一DBF采集、第一阵面遥控遥测模块、时钟及信号参考单元、同步时钟模块、环形器、低噪放模块和第一阵面二次电源，其中：/n所述上视天线阵列与所述第一射频接收单元连接，用于高增益接收GNSS直射射频信号；/n所述POD天线与所述环形器连接，用于宽波束接收GNSS直射射频信号；/n所述第一射频接收单元与所述上视天线阵列、第一DBF采集和时钟及信号参考单元连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号的低噪声放大、功分、下变频和滤波处理；/n所述第一馈电网络与所述第一阵面二次电源连接，用于给所述第一射频接收单元提供本振信号、供电和开关控制信号；/n所述第一DBF采集与所述第一射频接收单元、同步时钟模块和DBF合成连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号中频信号的DBF一级合成；/n所述第一阵面遥控遥测模块与所述时钟及信号参考单元和相关器遥控遥测模块连接，用于接收所述相关器遥控遥测模块发送的遥控指令及采集天线阵面子系统上所有板卡的工作电压、阵面温度遥测信息；/n所述时钟及信号参考单元与所述第一射频接收单元、第一阵面遥控遥测模块、同步时钟模块、环形器、下视校准天线和相关器模块连接，用于产生载荷工作的全局时钟及载荷进入校准模式时需要使用的校正源信号；/n所述同步时钟模块与所述第一DBF采集、时钟及信号参考单元和第二DBF采集连接，用于产生所述第一DBF采集、第二DBF采集、DBF合成的工作时钟；/n所述环形器与所述POD天线、时钟及信号参考单元和低噪放模块连接，用于POD天线、校正源信号的耦合接收；/n所述低噪放模块与所述环形器和相关器模块连接，用于POD天线接收的信号放大；/n所述第一阵面二次电源与所述第一馈电网络连接，用于给天线阵面子系统的各模块进行供电；/n所述下视天线阵面模块包括下视天线阵列、下视校准天线、第二射频接收单元、第二馈电网络、第二DBF采集、第二阵面遥控遥测模块和第二阵面二次电源，其中：/n所述下视天线阵列与所述第二射频接收单元连接，用于高增益接收GNSS反射射频信号；/n所述下视校准天线与所述第二射频接收单元和时钟及信号参考单元连接，用于发射校准信号进行上视通道和下视通道之间的延迟校正；/n所述第二射频接收单元与所述下视天线阵列、第二DBF采集、下视校准天线和第二阵面遥控遥测模块连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号的低噪声放大、功分、下变频和滤波处理；/n所述第二馈电网络与所述第二阵面二次电源连接，用于给所述第二射频接收单元提供本振信号、供电和开关控制信号；/n所述第二DBF采集与所述第二射频接收单元、同步时钟模块和DBF合成连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号中频信号的DBF一级合成；/n所述第二阵面遥控遥测模块与所述第二射频接收单元和相关器遥控遥测模块连接，用于接收所述相关器遥控遥测模块发送的遥控指令及采集天线阵面子系统上所有板卡的工作电压、阵面温度遥测信息；/n所述第二阵面二次电源与所述第二馈电网络连接，用于给天线阵面子系统的各模块进行供电；/n所述数字中频信号处理子系统包括DBF合成、相关器模块、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源，其中：/n所述DBF合成与所述第一DBF采集、第二DBF采集、相关器模块、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源连接，用于接收DBF一级合成后的信号并进行DBF二级合成进而输出最终形成的DBF波束形成信号；/n所述相关器模块与所述时钟及信号参考单元、DBF合成、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源连接，用于根据工作模式指令、选星指令完成导航卫星信号的波束角计算、理论镜面反射点计算、反射通道PRN选择、反射信号控制量计算、原始数据的采集、数据下传类型的选择；/n所述相关器遥控遥测模块与所述DBF合成、相关器模块、固存模块、第一阵面遥控遥测模块和第二阵面遥控遥测模块连接，用于接收平台的遥控指令、分发给各个模块相应的遥控指令、数字中频信号处理子系统的遥测信息采集、整个载荷的遥测信息输出；/n所述固存模块与所述DBF合成、相关器模块、相关器遥控遥测模块和二次电源连接，用于载荷进入原始数据采集及传输模式时原始数据的存储和回发工作；/n所述二次电源与所述DBF合成、相关器模块和固存模块连接，用于给所述DBF合成、相关器模块和固存模块进行供电。/n...

【技术特征摘要】
1.一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，包括天线阵面子系统和数字中频信号处理子系统，其中：
所述天线阵面子系统包括上视天线阵面模块和下视天线阵面模块，其中：
所述上视天线阵面模块包括上视天线阵列、POD天线、第一射频接收单元、第一馈电网络、第一DBF采集、第一阵面遥控遥测模块、时钟及信号参考单元、同步时钟模块、环形器、低噪放模块和第一阵面二次电源，其中：
所述上视天线阵列与所述第一射频接收单元连接，用于高增益接收GNSS直射射频信号；
所述POD天线与所述环形器连接，用于宽波束接收GNSS直射射频信号；
所述第一射频接收单元与所述上视天线阵列、第一DBF采集和时钟及信号参考单元连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号的低噪声放大、功分、下变频和滤波处理；
所述第一馈电网络与所述第一阵面二次电源连接，用于给所述第一射频接收单元提供本振信号、供电和开关控制信号；
所述第一DBF采集与所述第一射频接收单元、同步时钟模块和DBF合成连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号中频信号的DBF一级合成；
所述第一阵面遥控遥测模块与所述时钟及信号参考单元和相关器遥控遥测模块连接，用于接收所述相关器遥控遥测模块发送的遥控指令及采集天线阵面子系统上所有板卡的工作电压、阵面温度遥测信息；
所述时钟及信号参考单元与所述第一射频接收单元、第一阵面遥控遥测模块、同步时钟模块、环形器、下视校准天线和相关器模块连接，用于产生载荷工作的全局时钟及载荷进入校准模式时需要使用的校正源信号；
所述同步时钟模块与所述第一DBF采集、时钟及信号参考单元和第二DBF采集连接，用于产生所述第一DBF采集、第二DBF采集、DBF合成的工作时钟；
所述环形器与所述POD天线、时钟及信号参考单元和低噪放模块连接，用于POD天线、校正源信号的耦合接收；
所述低噪放模块与所述环形器和相关器模块连接，用于POD天线接收的信号放大；
所述第一阵面二次电源与所述第一馈电网络连接，用于给天线阵面子系统的各模块进行供电；
所述下视天线阵面模块包括下视天线阵列、下视校准天线、第二射频接收单元、第二馈电网络、第二DBF采集、第二阵面遥控遥测模块和第二阵面二次电源，其中：
所述下视天线阵列与所述第二射频接收单元连接，用于高增益接收GNSS反射射频信号；
所述下视校准天线与所述第二射频接收单元和时钟及信号参考单元连接，用于发射校准信号进行上视通道和下视通道之间的延迟校正；
所述第二射频接收单元与所述下视天线阵列、第二DBF采集、下视校准天线和第二阵面遥控遥测模块连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号的低噪声放大、功分、下变频和滤波处理；
所述第二馈电网络与所述第二阵面二次电源连接，用于给所述第二射频接收单元提供本振信号、供电和开关控制信号；
所述第二DBF采集与所述第二射频接收单元、同步时钟模块和DBF合成连接，用于GNSS直射射频信号、反射射频信号中频信号的DBF一级合成；
所述第二阵面遥控遥测模块与所述第二射频接收单元和相关器遥控遥测模块连接，用于接收所述相关器遥控遥测模块发送的遥控指令及采集天线阵面子系统上所有板卡的工作电压、阵面温度遥测信息；
所述第二阵面二次电源与所述第二馈电网络连接，用于给天线阵面子系统的各模块进行供电；
所述数字中频信号处理子系统包括DBF合成、相关器模块、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源，其中：
所述DBF合成与所述第一DBF采集、第二DBF采集、相关器模块、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源连接，用于接收DBF一级合成后的信号并进行DBF二级合成进而输出最终形成的DBF波束形成信号；
所述相关器模块与所述时钟及信号参考单元、DBF合成、相关器遥控遥测模块、固存模块和二次电源连接，用于根据工作模式指令、选星指令完成导航卫星信号的波束角计算、理论镜面反射点计算、反射通道PRN选择、反射信号控制量计算、原始数据的采集、数据下传类型的选择；
所述相关器遥控遥测模块与所述DBF合成、相关器模块、固存模块、第一阵面遥控遥测模块和第二阵面遥控遥测模块连接，用于接收平台的遥控指令、分发给各个模块相应的遥控指令、数字中频信号处理子系统的遥测信息采集、整个载荷的遥测信息输出；
所述固存模块与所述DBF合成、相关器模块、相关器遥控遥测模块和二次电源连接，用于载荷进入原始数据采集及传输模式时原始数据的存储和回发工作；
所述二次电源与所述DBF合成、相关器模块和固存模块连接，用于给所述DBF合成、相关器模块和固存模块进行供电。


2.根据权利要求1所述的一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，所述上视天线阵列的个数与所述第一射频接收单元的数量相同，所述第一射频接收单元与所述上视天线阵列之间采用插针式连接；所述下视天线阵列的个数与所述第二射频接收单元的数量相同，所述第二射频接收单元与所述下视天线阵列之间采用插针式连接。


3.根据权利要求1所述的一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，所述第一射频接收单元和第二射频接收单元均包括低噪放、下变频电路、滤波电路和放大电路，用于同时接收GPSL1和L5频点、BDB1和B3频点的射频信号并进行低噪声放大，功分两路GPSL1和BDB1为一路，GPSL5和BDB3为另一路，再进行下变频和滤波，将射频信号下变频至中频，送多通道阵列信号处理子系统进行处理。


4.根据权利要求1所述的一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，所述第一馈电网络和第二馈电网络均为微波功分网络和综合馈电网络组成在一起的双层网络。


5.根据权利要求1所述的一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，所述第一DBF采集和第二DBF采集均是通过AD采样后，先进行加权处理部分阵列信号加权合成。


6.根据权利要求1所述的一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，所述DBF合成是对部分阵列合成单元进行全阵列加权处理，最终形成多个波束的导航卫星直射信号、反射信号。


7.根据权利要求1所述的一种外源助动式大气海洋遥感装置，其特征在于，所述相关器模块根据工作模式指令、选星指令完成导航卫星信号的波束角计算、理论镜面反射点计算、反射通道PRN选择、反射信号控制量计算、原始数据的采集、数据下传类型的选择；
所述相关器模块在校准模式下，产生控制信号校正源开启信号，传输给所述时钟及信号参考单元，校准信号通过所述环形器进入所述相关器模块，进行阵面之间互相关延迟时间信息的计算和存储；
所述相关器模块在底噪模式下，产生射频组件的通道开关控制信号，传输给所述相关器遥控遥测模块；
所述相关器模块在DDM数据计算及传输模式下，产生导航卫星信号的波束角控制信号，传输给所述DBF合成；
所述相关器模块在原始数据采集及传输模式，产生固存模块的控制信号，与所述固存模块进行读、写操作。


8.根据权利要求1所述的一种外源助动...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦瑾，周勃，秦轶炜，李培，盛志超，姚崇斌，顾斯祺，
申请(专利权)人：上海航天测控通信研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31