CN104597466A - 一种星载gnss-r多普勒延迟映射接收机 - Google Patents

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丁建幸
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Abstract

本发明公开了一种星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，包括：一电源及参考源部分、二多通道接收部分以及二相关处理部分。电源及参考源部分包括：指令响应模块，电源变换模块，参考信号产生模块；多通道接收部分包括四组接收电路，每一组接收电路包括：两低噪声放大及频点分离模块，两变频接收模块，四中频增益控制模块；相关处理部分包括：遥控遥测接口模块，选星及模式控制模块，指令解析模块，互相关功率计算模块；选星及模式控制模块根据解析得到的指令以及计算得到的中频信号的功率完成天线波束指向角度的计算。

Description

一种星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机
技术领域
本发明涉及微波遥感探测技术领域，特别涉及一种星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机。
背景技术
全球导航卫星系统反射信号遥感技术（Global Navigation Satellite System-Reflection，简称GNSS-R），是通过分析目标反射信号与GNSS直射信号在强度、频率、相位、极化方向等参数的变化，来反演探测目标物性质和状态，实现目标探测的一种技术。随着全球四大卫星导航系统的发展，包括美国 GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲 GALILEO 和中国北斗二代等，在轨GNSS卫星信号资源丰富，全球覆盖范围广，获取数据量大，使GNSS反射信号遥感技术成为其他传统探测手段的有力补充。
全球导航卫星系统的反射信号探测技术是介于被动遥感与主动遥感之间的一种新型遥感探测技术，工作频率为L波段，它具有以下技术特点：无需发射机，成本低廉；覆盖范围宽，全球覆盖时间短；能同时进行海面风场与海面高度测量；基本不受云雨等水化物影响；对流层传输衰减小，可全天候工作。
现有的星载微波遥感探测设备，主要采用主动微波遥感方式，并且工作频率都较高，如最常用的微波散射计，一般在C波段或Ku波段，易受降水影响、投资大且时空覆盖范围有限。因此采用新型探测方式的GNSS导航卫星反射信号探测技术受到越来越高的重视。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，本发明通过以下技术方案实现：
一种星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，包括：
一电源及参考源部分、二多通道接收部分以及二相关处理部分，其中，
电源及参考源部分包括：
指令响应模块，用以接收一遥控信号；
电源变换模块，连接二多通道接收部分以及二相关处理部分，用以接收一一次电源的输入，并将一次电源分别转换为二多通道接收部分以及二相关处理部分所需的电压；
参考信号产生模块，连接二多通道接收部分以及二相关处理部分，用以提供参考频率信号；
多通道接收部分包括四组接收电路，每一组接收电路包括：
两低噪声放大及频点分离模块，分别用以接收一反射信号及一直射信号；
两变频接收模块，每一变频接收模块连接两低噪声放大及频点分离模块，用以将接收到的反射信号及直射信号转换为中频信号；
四中频增益控制模块，每两中频增益控制模块连接一变频接收模块，用以控制中频信号的增益并分为两路输出；
相关处理部分包括：
遥控遥测接口模块，接收中频信号，并进行模数转换，接收导航信息，输出波束指向角度控制信号，输出遥测信号；
选星及模式控制模块，连接遥控遥测接口模块；
指令解析模块，连接选星及模式控制模块，用以对遥控信号中的指令进行解析；
互相关功率计算模块，连接选星及模式控制模块，用以计算中频信号的功率；
选星及模式控制模块根据解析得到的指令以及计算得到的中频信号的功率完成天线波束指向角度的计算。
较佳的，变频接收模块采用两次变频将反射信号及直射信号转换为中频信号，采用同一锁相电路同时为反射信号及直射信号提供变频所需的一本振和二本振。
较佳的，解析得到的指令与经过模数转换的中频信号均送入选星及模式控制模块以及互相关功率计算模块，互相关功率计算模块通过输出码延迟控制、多普勒补偿量及反射信号同步校正，协同选星及模式控制模块完成时延一维相关功率计算，并产生波束控制器控制信号和镜面反射点位置信息。
较佳的，一电源及参考源部分、二多通道接收部分以及二相关处理部分采用叠层结构，接口分布在同一面上，便于连接和扩展。
本发明接收灵敏度高，具有多模、多通道、波束可控、易于扩展的特点；能够同时或分时工作在BD2或GPS两种GNSS导航模式下，共兼容四个工作频率，因此其能够捕获的可见星数量大，有利于提高测量精度。
附图说明
图1所示的是本发明的结构示意图；
图2所示的是本发明的电源及参考源部分结构示意图；
图3所示的是本发明的多通道接收部分结构示意图；
图4所示的是本发明的相关处理部分结构示意图；
图5所示的是本发明的立体图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示，星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，包括：一台电源及参考部分1、二台多通道接收部分2和二台互为备份的相关处理部分3。
电源及参考部分1包括：指令响应模块，用以接收一遥控信号；电源变换模块，接收一一次电源的输入，并将一次电源分别转换为多通道接收部分2以及相关处理部分3所需的电压；参考信号产生模块，用以为多通道接收部分2以及相关处理部分3提供参考频率信号。如图2所示，电源变换模块主要采用DC/DC变换器完成一次电源到所需电压的转换，包括浪涌抑制电路、EMI滤波电路、电源变换（+3.3V及±5V），采用互为备份的两个温补晶振为接收机提供参考频率信号，经过放大器放大后功分至多通道接收部分2和台互为备份的相关处理部分3。
多通道接收部分2包括四组接收电路，每一组接收电路包括：两低噪声放大及频点分离模块，分别用以接收一反射信号及一直射信号；两变频接收模块，每一变频接收模块连接两低噪声放大及频点分离模块，用以将接收到的反射信号及直射信号转换为中频信号；四中频增益控制模块，每两中频增益控制模块连接一变频接收模块，用以控制中频信号的增益并分为两路输出。如图3所示，四组接收电路能够同时或分时工作，能够同时接收8路卫星直射信号和8路反射信号，共16个接收通道，工作波束由一个到四个可控；工作模式可控，能够同时或分时工作在BD2或GPS两种GNSS导航模式下；每组接收电路能够完成对一组双频点直射及反射GNSS信号的同步接收。
变频接收模块采用两次变频方案将GNSS信号变至中频信号，抗干扰能力强；其采用同一锁相电路同时为直射、反射GNSS信号提供变频所需一本振和二本振，避免了变频接收电路引入不确定系统误差对反射信号产生影响。
相关处理部分3包括：遥控遥测接口模块，接收中频信号，并进行模数转换，接收导航数据，输出波束指向角度控制信号，输出遥测信号；选星及模式控制模块，连接遥控遥测接口模块；指令解析模块，连接选星及模式控制模块，用以对遥控信号中的指令进行解析；互相关功率计算模块，连接选星及模式控制模块，用以计算中频信号的功率；选星及模式控制模块根据解析得到的指令以及计算得到的中频信号的功率完成天线波束指向角度的计算。如图4所示，相关处理部分具有独立备份，能够完成指令解析和导航数据解析；由FPGA和DSP组成主要架构，由双通道ADC组成模数转换网络，能够同时处理16路中频模拟信号；能够根据指令或进行自主选星，并完成对接收机的波束控制及工作模式控制；能够输出原始采样数据及相关处理后的一维多普勒相关功率曲线。
解析后的指令与经过AD转换后的中频信号均送入由FPGA与DSP组成的选星和模式控制模块及互相关功率计算模块；DSP通过输出码延迟控制、多普勒补偿量、反射信号同步校正，协同FPGA互相关运算单元完成时延一维相关功率计算；根据导航定位解输入值，产生波控器控制信号和镜面反射点位置信息。
星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机按照遥控信号和解析出的导航定位信息制定选星策略和工作模式选择，四组直射信号接收口和四组反射信号接收口将相控阵天线接收到的BD2或GPS信号输入到接收机的多通道接收部分1、2中，由多通道接收部分将混叠在一起的B1与B2或L1与L2进行频点分离，分别送入双通道抗干扰接收模块，转换为宽带中频信号输入至相关器单元。
8路直射与8路反射中频信号经AD转换后送入FPGA和DSP组成的互相关处理单元完成相关功率计算，计算结果经过RS422串口输出至星载固存，原始数据通过高速串口芯片输出到地测固存。相关处理部分通过解算出的导航定位解信息，完成天线波束指向角度计算。同时接收机具备中频采样后原始数据输出能力。通过ACTEL反熔丝FPGA进行回读重载，提高相关计算FPGA抗单粒子翻转的能力。
如图5所示，电源及参考源部分1、多通道接收部分2以及相关处理部分3采用叠层结构，接口分布在同一面上，便于连接和扩展。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，其特征在于，包括：
一电源及参考源部分、二多通道接收部分以及二相关处理部分，其中，
所述电源及参考源部分包括：
指令响应模块，用以接收一遥控信号；
电源变换模块，连接所述二多通道接收部分以及所述二相关处理部分，用以接收一一次电源的输入，并将所述一次电源分别转换为所述二多通道接收部分以及所述二相关处理部分所需的电压；
参考信号产生模块，连接所述二多通道接收部分以及所述二相关处理部分，用以提供参考频率信号；
所述多通道接收部分包括四组接收电路，每一组所述接收电路包括：
两低噪声放大及频点分离模块，分别用以接收一反射信号及一直射信号；
两变频接收模块，每一所述变频接收模块连接所述两低噪声放大及频点分离模块，用以将接收到的所述反射信号及所述直射信号转换为中频信号；
四中频增益控制模块，每两所述中频增益控制模块连接一所述变频接收模块，用以控制所述中频信号的增益并分为两路输出；
所述相关处理部分包括：
遥控遥测接口模块，接收所述中频信号，并进行模数转换，接收导航信息，输出波束指向角度控制信号，输出遥测信号；
选星及模式控制模块，连接所述遥控遥测接口模块；
指令解析模块，连接所述选星及模式控制模块，用以对所述遥控信号中的指令进行解析；
互相关功率计算模块，连接所述选星及模式控制模块，用以计算所述中频信号的功率；
所述选星及模式控制模块根据解析得到的指令以及计算得到的所述中频信号的功率完成天线波束指向角度的计算。
2.根据权利要求1所述的星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，其特征在于，所述变频接收模块采用两次变频将所述反射信号及所述直射信号转换为中频信号，采用同一锁相电路同时为所述反射信号及所述直射信号提供变频所需的一本振和二本振。
3.根据权利要求1所述的星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，其特征在于，解析得到的指令与经过模数转换的所述中频信号均送入所述选星及模式控制模块以及所述互相关功率计算模块，所述互相关功率计算模块通过输出码延迟控制、多普勒补偿量及反射信号同步校正，协同所述选星及模式控制模块完成时延一维相关功率计算，并产生波束控制器控制信号和镜面反射点位置信息。
4.根据权利要求1所述的星载GNSS-R多普勒延迟映射接收机，其特征在于，所述一电源及参考源部分、所述二多通道接收部分以及所述二相关处理部分采用叠层结构，接口分布在同一面上，便于连接和扩展。
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