一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于区域降雨监测的单站多星信号同步采集装置，包括天线阵列单元、天线伺服单元、多通道卫星接收单元、信号处理单元、信号传输单元和供电单元。供电单元用于给所述其余各单元供电；天线阵列单元阵列设置于地面，用于定向接收卫星信号；天线伺服单元位置信息和接收站下发的卫星轨道参数，计算出相应卫星的接收参数并调整天线阵列单元中天线的角度以实现相应卫星信号的接收；多通道卫星接收单元同步采集各个天线阵列单元接收到的卫星信号，信号处理单元从多通道卫星接收单元采集到的卫星信号中提取卫星信号参数，并通过信号传输单元传输给接收站。本装置在单站实现多颗不同角度、不同频段卫星信号的同步采集。

【技术实现步骤摘要】
一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置
本专利技术涉及非合作源大气遥感领域，具体是一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置。
技术介绍
强降雨是导致洪涝灾害、山体滑坡、泥石流等自然灾害的主要天气之一，对区域降雨的准确监测，是气象、水文、农业、交通等领域共同关注的热点。现有降雨监测手段中，地面气象观测站网稀疏，难以捕捉降水的复杂时空分布；常规天气雷达易受雨区衰减和地物回波的影响，时空分辨率有限；天基测雨雷达每天过顶2次探测，不能对天气过程进行连续监测；静止轨道气象卫星可以通过估计降雨分布，但是受到云层遮挡和等因素的限制，准确性难以进一步提高。当前，广播和通信卫星的信号已经广泛覆盖全球，仅我国上空就有30多颗广播和通信卫星，这些卫星大多所采用C、X、Ku和Ka波段。高频信号与云、降水实时发生相互作用，蕴含了丰富的信息；卫星地面接收机实时接收信号，具备卫星信号强度和信号质量的监测能力；卫星地面站的数量众多，仅直播卫星用户就超过1亿。因此将卫星信号用于降雨反演，具有站点多、分布广、时空密度高、等独特优点。但是常规卫星地面接收机一般只具备1个天线、1个高频头和1个卫星接收机，一个接收机只能接收一个卫星信号，那么一个接收机对应一条星地链路，只能反演得到一条链路上的平均雨强(见201910170984.0)，但是一条链路无法代表区域降雨情况。利用多个卫星地面接收机分别接收不同卫星的信号，可以探测区域降雨(见201910965486.5、20191107394.1)，能够提高降雨监测的空间代表性，但是如果利用常规卫星接收设备，需要密集布设多个卫星天线、高频头和接收机，从而带来了极大的硬件设施投资。现有动中通天线(如201811606667.0)，可以在移动平台中跟踪并实时接收某一固定卫星的信号，但同时只能接收一个卫星信号，无法同步接收多颗卫星信号。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术旨在服已有卫星接收装置的缺点和不足，为基于星地链路的区域降雨监测提供一种单站多卫星信号同步采集装置，在单站实现多颗不同角度、不同频段卫星信号的同步采集，充分利用已有卫星信号资源，进一步提高区域降雨监测的效费比，将星地链路测雨新方法进一步推广至实际应用。技术方案是：为实现上述目的，本专利技术提出一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置，它包括天线阵列单元、天线伺服单元、多通道卫星接收单元、信号处理单元、信号传输单元和供电单元；其中，供电单元用于给所述其余各单元供电；天线阵列单元阵列设置于地面，用于定向接收卫星信号；天线伺服单元与天线阵列单元电连接，根据天线阵列单元位置信息和预设的卫星轨道参数，计算出相应卫星的接收参数，根据接收参数调整天线阵列单元中天线的角度，以实现相应卫星信号的接收；多通道卫星接收单元用于同步采集各个天线阵列单元接收到的卫星信号，并将采集到的卫星信号发送给信号处理单元；信号处理单元从多通道卫星接收单元采集到的卫星信号中提取卫星信号参数，并通过信号传输单元传输给接收站；所述卫星信号参数包括信号强度、信号质量、载噪比；本申请提出的单站多卫星信号同步采集装置中，对于每一个天线阵列单元中的天线通过天线伺服单元进行控制，既可以根据预设角度固定不变，又可以根据测量需要实时调整方位角、俯仰角和极化角，以使天线指向不同的卫星，接收不同卫星的信号，实现单天线对不同方位降雨空间的测量。然后，通过多通道卫星接收单元同步采集各个天线阵列单元接收到的卫星信号，再通过信号处理单元提取卫星信号参数后回传到接收站，即可在接收站实现多颗不同角度、不同频段卫星信号的同步采集，以用于降雨反演。在一种可能的实现方式中，所述供电单元包括市电供电装置和太阳能供电装置，分别用于提供市电和太阳能供电两种供电功能。在有市电的地区，以市电为主，太阳能供电为备份；在无市电的地区，以太阳能供电为主，蓄电池含量能保证连续工作7天以上。采用两种方式供电，一主一备，能够保证任意天气条件下降雨监测的连续性。在一种可能的实现方式中，所述天线伺服单元包括方位伺服机构、俯仰伺服机构和极化伺服机构，分别用于调整天线阵列单元中天线的方位角、仰角和极化角。在一种可能的实现方式中，所述多通道卫星接收单元包括高频信号接收机和多通道信号采集器；高频信号接收机的数量与天线阵列单元数量相等，所有高频信号接收机规格相同，且采用统一的输出接口和协议；各高频信号接收机一一对应地采集相应天线阵列单元接收到的卫星信号，然后将高频卫星信号进行低噪放大、下变频等预处理后传输至多通道信号采集器，多通道信号采集器统一将多路信号进行打包，然后传输至信号处理单元。在一种可能的实现方式中，所述信号处理单元包括定标模块和参数计算模块，定标模块中存储有前期定标得到的卫星信号参数定标数据库，参数计算模块根据定标模块中的卫星信号参数定标数据库，计算采集到的卫星信号参数，然后将计算出的卫星信号参数连同信号接收机工作状态信息一并通过信号传输单元发送给接收站。在一种可能的实现方式中，所述信号处理单元内置存储卡，用于卫星信号数据的备份存储，以便在数据传输失败或通信连接断开时保证数据完整。在一种可能的实现方式中，所述信号传输单元包括串口有线传输模块、移动网无线传输模块和卫星传输模块；串口有线传输模块提供串口有线传输功能，用于信号处理单元的现场调试、定标和测试；移动网无线传输模块提供移动网络通信功能，用于有移动通信网覆盖地区的数据回传；卫星传输模块提供卫星通讯功能，卫星传输包括但不限于北斗、中星16通信卫星，用于在海上无移动通信网覆盖地区的数据回传。三种方式无缝切换，保证数据的实时可靠回传。在一种可能的实现方式中，所述天线阵列单元所形成的天线阵列为圆形或十字形。在一种可能的实现方式中，天线阵列单元中的天线包括但不限于正馈、偏馈抛物面天线和平板天线，每个天线阵列单元中天线个数不少于4个。有益效果：本专利技术相对于现有技术，具有以下优势：1、本专利技术能够在单站利用多个卫星天线同步接收3颗以上的不同频段的卫星信号，接收信号频段包括X、Ku、Ka、Q、V频段，极大提高星地链路测雨的链路采样密度。2、本专利技术仅需要得到卫星的接收信号强度，无需调制解调获取卫星信号内容信息，公开卫星和非合作卫星均可以利用。3、本专利技术专门针对降雨测量设计，只要知道卫星轨道和频率参数即可，无需获取卫星信号内容信息，适用于现有公开的广播卫星、通信卫星和未公开的非合作卫星。4、本专利技术作为星地链路测雨方法的核心装置，具有硬件成本低、操作简便、自动化程度高、获取参数多、可无人值守长期工作、维护代价低、便于推广。附图说明图1是实施例涉及的用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置示意图。具体实施方式在本申请以下各实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置，其特征在于：/n所述装置包括：天线阵列单元、天线伺服单元、多通道卫星接收单元、信号处理单元、信号传输单元和供电单元；其中，/n供电单元用于给所述其余各单元供电；/n天线阵列单元阵列设置于地面，用于定向接收卫星信号；/n天线伺服单元与天线阵列单元电连接，根据天线阵列单元位置信息和预设的卫星轨道参数，计算出相应卫星的接收参数，根据接收参数调整天线阵列单元中天线的角度，以实现相应卫星信号的接收；/n多通道卫星接收单元用于同步采集各个天线阵列单元接收到的卫星信号，并将采集到的卫星信号发送给信号处理单元；/n信号处理单元从多通道卫星接收单元采集到的卫星信号中提取卫星信号参数，并通过信号传输单元传输给接收站。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置，其特征在于：
所述装置包括：天线阵列单元、天线伺服单元、多通道卫星接收单元、信号处理单元、信号传输单元和供电单元；其中，
供电单元用于给所述其余各单元供电；
天线阵列单元阵列设置于地面，用于定向接收卫星信号；
天线伺服单元与天线阵列单元电连接，根据天线阵列单元位置信息和预设的卫星轨道参数，计算出相应卫星的接收参数，根据接收参数调整天线阵列单元中天线的角度，以实现相应卫星信号的接收；
多通道卫星接收单元用于同步采集各个天线阵列单元接收到的卫星信号，并将采集到的卫星信号发送给信号处理单元；
信号处理单元从多通道卫星接收单元采集到的卫星信号中提取卫星信号参数，并通过信号传输单元传输给接收站。


2.根据权利要求1所述的一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置，其特征在于：所述供电单元包括市电供电装置和太阳能供电装置。


3.根据权利要求1所述的一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置，其特征在于：所述天线伺服单元包括方位伺服机构、俯仰伺服机构和极化伺服机构，分别用于调整天线阵列单元中天线的方位角、仰角和极化角。


4.根据权利要求1所述的一种用于区域降雨监测的单站多卫星信号同步采集装置，其特征在于：所述多通道卫星接收单元包括高频信号接收机和多通道信号采集器；高频信号接收机的数量与天线阵列单元数量相等，所有高频信号接收机规格相同，且采用统一的输出接口和协议；各高频信号接收机一一对应地采集相应天线阵列单元接收到的卫星信号，然后将高频卫星信号进行预处理后传输至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘西川，刘磊，赵世军，胡帅，高太长，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32