一种Ku频段无线信号跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种Ku频段无线信号跟踪系统，属于无线电监测领域。包括Ku频段相控阵天线、宽带监测采集接收机和显控终端；本发明专利技术实现了一种监测灵敏度高、频段覆盖宽、系统控制、信号跟踪、监测和采集等一体化组合的Ku频段卫星信号跟踪监测系统。其具有设备集成度高、信号监测采集设备一体化设计、系统监测灵敏度高、抗干扰能力强、监测采集瞬时带宽宽、系统便携能力等优点。特别适合应用于通信对抗和无线电监测领域中针对低轨卫星信号监测和静止轨道卫星监测需求，具有较强的推广应用价值。具有较强的推广应用价值。具有较强的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种Ku频段无线信号跟踪系统


[0001]本专利技术属于无线电监测领域的低轨卫星信号监测和采集技术，具体涉及一种Ku频段无线信号跟踪系统。

技术介绍

[0002]低轨卫星信号监测和采集是对低轨卫星进行跟踪、监测、信号分析与采集。随着全球卫星互联网系统的建设，互联网的覆盖范围扩大，网络空间进一步放大，为信息提供了新的传输途径。但这种跨越国界的全球互联网接入业务将带来新的频谱监管空白区域，增加了信息安全风险，严重威胁我国频谱和网络主权，对我国频谱资源和信息安全形成挑战。这其中涉及了相控阵天线设计与实现技术、基于星历的低轨卫星跟踪技术、宽频段内信号检测和采集存储技术、系统整体便携式设计与实现等关键技术。
[0003]当前，公开文献中国内外学者对于此领域的研究主要集中在传统抛面天线跟踪方式、基于相控阵天线的通信技术研究且系统设备形态较大，成本较高，不具备便携性，研究内容较为单一。尚未见集Ku频段相控阵接收天线设计技术、基于星历的低轨卫星跟踪技术、宽频段内信号检测和采集存储技术、系统整体便携式设计与实现技术于一体的一种Ku频段无线信号跟踪系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种Ku频段无线信号跟踪系统，系统具有对目标区域过境的Ku频段非静止轨道卫星的预警、跟踪以及频谱监测和信号采集能力，同时系统兼具对Ku频段静止轨道卫星的监测能力，系统有助于提升我国对Ku频段非静止轨道卫星频谱情况的全面掌握，及时发现规律，应对复杂情况的处理，维护卫星通信的正常秩序，同时对提升我国卫星频谱规划管理能力都具有十分重要的意义。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种Ku频段无线信号跟踪系统，包括Ku频段相控阵天线、宽带监测采集接收机和显控终端；
[0007]Ku频段相控阵天线用于将接收的Ku频段信号进行变频得到L频段信号，送入宽带监测采集接收机；
[0008]宽带监测采集接收机用于对接收信号进行本振混频，转换为中频信号，并将中频信号经数字采样滤波与FFT变换后进行信号监测分析和采集，将监测结果通过网络交换机送入显控终端；
[0009]显控终端用于对监测结果进行显示，并实时计算目标的位置，根据计算结果控制天线波束方位和俯仰，使得天线稳定的跟踪目标并接收目标信号。
[0010]其中，Ku频段相控阵天线包括接收天线阵面、Ku频段下变频器和天线控制器，天线控制器包括天线控制单元、GPS模块和姿态传感模块；
[0011]姿态传感模块用于天线姿态的解算，将解算结果送入天线控制单元；
[0012]GPS接收模块用于提供位置信息和时间信息，送入天线控制单元；
[0013]天线控制单元用于根据所需的波束指向，融合天线姿态以及位置信息和时间信息，再结合低轨卫星星历数据，基于SGP4模型的低轨卫星轨道预测技术解算卫星的位置和速度，并通过综合解算和坐标系转换计算出当前阵面的相对波束指向，下发至接收天线阵面；
[0014]接收天线阵面用于将波束指向结合自身姿态数据，解算阵面各接收单元内数控移相器和数控衰减器的位置并进行设置置位，完成最终波束控制后对低轨卫星进行跟踪和信号接收，将接收的Ku频段信号送入Ku频段下变频器；
[0015]Ku频段下变频器用于对Ku频段信号进行微波下变频，输出L频段信号至宽带监测采集接收机。
[0016]其中，所述的宽带监测采集接收机包括宽带信道单元、高速采样单元、采样预处理单元、时钟产生单元、GPU运算和大容量存储单元、电源模块和网络交换模块；
[0017]宽带信道单元用于将输入的信号进行模拟变频，变频至中频信号送入高速采样单元；
[0018]高速采样单元用于对宽带信道单元输出的中频信号进行采样，将两路采样数据各通过GTH总线实时传输至前插的采样预处理单元；
[0019]采样预处理单元用于根据需求对采样数据进行DDC、解调和解扩预处理，将预处理数据通过GTH总线传输至GPU运算和大容量存储单元，并通过网络接口接收控制指令，完成对宽带监测采集接收机整机工作流程的控制；
[0020]GPU运算和大容量存储单元用于进行信号检测和分析，包括FFT、频谱监视、信号检测和分析识别，同时把原始数据和处理结果实时存储；
[0021]时钟产生单元用于为宽带信道单元和采样预处理单元提供参考时钟，为采样预处理单元提供时统信息；
[0022]网络交换模块用于采样预处理单元和GPU运算和大容量存储单元之间的控制指令交互和数据结果的传输。
[0023]其中，GPU运算和大容量存储单元包括FPGA模块、CPU模块、GPU模块和存储单元；
[0024]FPGA模块用于接收采样预处理单元的预处理数据并通过DMA将数据送入CPU模块；
[0025]CPU模块内的高速数据处理模块通过底层驱动逻辑处理算法实现与硬件模块的高速通信，将从FPGA模块读取的预处理数据进行转换后送入GPU模块；
[0026]GPU模块通过对接收的预处理数据进行高速并行计算处理，实现预处理数据的FFT、频谱监视、信号检测和分析识别，完成数据的实时处理要求；
[0027]存储单元用于实现原始数据和处理结果的高速存储。
[0028]本专利技术相比
技术介绍
的有益效果在于：
[0029](1)本专利技术Ku频段相控阵天线基于微带天线阵元的阵面设计技术，实现阵列的低剖面、高增益、高G/T值特性，天线高集成度、低成本等设计实现天线的尺寸为：≤980mm*680mm*65mm；
[0030](2)本专利技术基于SGP4模型的低轨卫星轨道预测技术，通过卫星星历实时解算卫星在任意时刻的位置和速度，根据卫星位置实时计算天线的方位、俯仰指向，控制天线稳定快速地跟踪卫星；
[0031](3)本专利技术宽带监测采集接收机监测采集通道数目可灵活配置，通过配置采集处理和存储模块数目，即可方便的实现双通道或单通道宽带监测采集功能，也可根据需要扩展变频信道，扩展宽带监测采集接收机监测采集频段范围；
[0032](4)本专利技术宽带监测采集接收机最大提供瞬时500MHz的监测带宽，能够根据目标信号的带宽最大支持500MHz的采集存储；
[0033](5)本专利技术系统整体集成度高，体积小，便携性好，可适应多种应用场景。
附图说明
[0034]图1是本专利技术实施实例的一个系统组成框图；
[0035]图2是本专利技术Ku频段相控阵天线原理框图；
[0036]图3是本专利技术宽带监测采集接收机原理框图。
具体实施方式
[0037]图1是本专利技术的系统组成框图。在实施过程中，Ku频段相控阵天线、宽带监测采集接收机和显控终端通过网络交换机连接在一起进行数据交换和指令控制。Ku频段相控阵接收天线将接收的10.7GHz～12.7GHz的射频信号变频到950MHz～2150MHz送入宽带监采集接收机；宽带监采集接收机对接收信号进行本振混频，转换为中频信号，中频信号经数字采样滤波与FFT变换后进行信号监测分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ku频段无线信号跟踪系统，其特征在于，包括Ku频段相控阵天线、宽带监测采集接收机和显控终端；Ku频段相控阵天线用于将接收的Ku频段信号进行变频得到L频段信号，送入宽带监测采集接收机；宽带监测采集接收机用于对接收信号进行本振混频，转换为中频信号，并将中频信号经数字采样滤波与FFT变换后进行信号监测分析和采集，将监测结果通过网络交换机送入显控终端；显控终端用于对监测结果进行显示，并实时计算目标的位置，根据计算结果控制天线波束方位和俯仰，使得天线稳定的跟踪目标并接收目标信号。2.根据权利要求1所述的一种Ku频段无线信号跟踪系统，其特征在于，Ku频段相控阵天线包括接收天线阵面、Ku频段下变频器和天线控制器，天线控制器包括天线控制单元、GPS模块和姿态传感模块；姿态传感模块用于天线姿态的解算，将解算结果送入天线控制单元；GPS接收模块用于提供位置信息和时间信息，送入天线控制单元；天线控制单元用于根据所需的波束指向，融合天线姿态以及位置信息和时间信息，再结合低轨卫星星历数据，基于SGP4模型的低轨卫星轨道预测技术解算卫星的位置和速度，并通过综合解算和坐标系转换计算出当前阵面的相对波束指向，下发至接收天线阵面；接收天线阵面用于将波束指向结合自身姿态数据，解算阵面各接收单元内数控移相器和数控衰减器的位置并进行设置置位，完成最终波束控制后对低轨卫星进行跟踪和信号接收，将接收的Ku频段信号送入Ku频段下变频器；Ku频段下变频器用于对Ku频段信号进行微波下变频，输出L频段信号至宽带监测采集接收机。3.根据权利要求1所述的一种Ku频段无线信号跟踪系统，其特征在于，所述的宽带监测采...

【专利技术属性】
技术研发人员：张其宝，王桂松，王志永，牛景昌，高杰，李旭楠，雷正朝，王宝吉，程烨，冯士保，孟更乐，白晓鹏，刘晓亮，孙月欣，
申请(专利权)人：国家计算机网络与信息安全管理中心，
类型：发明
国别省市：