CN106443713A - 轻小型全域信息采集与交换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轻小型全域信息采集与交换装置，包括；综合数据处理机、导航天线、台椎体异构融合天线；所述台椎体异构融合天线用于接收L波段信号和VHF波段信号，所述导航天线用于接收导航卫星的直射信号，所述综合数据处理机分别与所述导航天线、台椎体异构融合天线连接通信实现观测数据的收发；其中，所述台椎体异构融合天线包括L波段天线组和VHF波段天线组。通过本发明提供的轻小型全域信息采集与交换装置及其处理方法，可以同时收集存在于空间中的机载ADS‑B信号、船载AIS信号、GNSS‑R信号以及DCP信号，并且具备应急短消息功能，将无源被动的信息收集类载荷的功能融合在一起，形成一个完整的海、陆、空全域信息采集与数据交换功能的轻小型电子设备。
Description
技术领域
本发明涉及航天数据采集与交换设备领域，具体地，涉及一种轻小型全域信息采集与交换装置。
背景技术
目前机载ADS-B信号、船载AIS信号、DCP设备发出的信号、海洋和陆地反射的导航卫星信号广泛存在于空间中。在星载平台上对这些信号往往采用不同的专项载荷进行接收处理，如ADS-B载荷、AIS载荷、GNSS-R载荷、DCS载荷等，目前并无单一载荷可以同时接收处理上述的四大类信息。这就造成了载荷数量种类繁多，天线形式、结构各不相同，载荷系统架构、机构设置复杂多样，单机数量众多而种类功能重复，在平台层面缺乏统一观测手段，在数据层面缺乏有效融合、利用手段。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轻小型全域信息采集与交换装置。
根据本发明提供的一种轻小型全域信息采集与交换装置，包括；综合数据处理机、导航天线、台椎体异构融合天线；
所述台椎体异构融合天线用于接收L波段信号和VHF波段信号，所述导航天线用于接收导航卫星的直射信号，所述综合数据处理机分别与所述导航天线、台椎体异构融合天线连接通信实现观测数据的收发；
其中，所述台椎体异构融合天线包括L波段天线组和VHF波段天线组。
作为一种优化方案，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述导航天线接收的导航卫星的直射信号和自所述L波段天线组接收的海面反射信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号进行时延多普勒相关功率计算获得包括船只航线上的风速、风向在内的观测数据。
作为一种优化方案，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述L波段天线组接收的机载ADS-B信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行采样、量化、ADS-B信号判读、应答信号消除、时域交织ADS-B信号检测与分离、ADS-B信号解调与解码处理，获取包括原始的飞机ADS-B数据在内的观测数据。
作为一种优化方案，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述VHF波段天线组接收的船载AIS信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行采样、量化、系统同步、时域混叠AIS信号检测与分离、信号解调处理，获取包括船舶及航线信息在内的观测数据。
作为一种优化方案，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器、数据存储模块、电源及发射模块；
所述数字化射频前端用于：对自所述VHF波段天线组接收的DCP信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器，和对自所述电源及发射模块接收的调制后的信号依次进行数字成型、数字上变频后，通过所述VHF波段天线组发射；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行解调、译码，并送至所述数据存储模块保存译码后的观测数据，和对需要发射的DCP信号进行信息编码后送至所述电源及发射模块；
所述电源及发射模块用于对自所述综合信号处理器接收的信号依次进行放大、调制后传输至所述数字化射频前端。
作为一种优化方案，所述综合数据处理机还包括综合任务管控模块和数据存储模块；所述综合任务管控模块用于主动或被动地调整工作模式为存储转发模式或透明转发模式；
所述存储转发模式下，将所述观测数据都存入数据存储模块；
所述透明转发模式下，实时通过短报文消息将所属观测数据进行对地发送。
作为一种优化方案，所述综合任务管控模块还用于对数字化射频前端、综合信号处理器、数据存储模块进行开关控制和降性能使用控制。
作为一种优化方案，所述综合数据处理机包括数据存储模块；所述数据存储模块还用于对接收的ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据依次进行标识、组帧、打包，输出融合数据流；
和对接收的ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据进行分类存储，分类输出。
作为一种优化方案，所述台锥体异构融合天线还包括一个规则的七面体形状的天线主体；
所述L波段天线组进一步包括用于接收ADS-B和GNSS-R信号的7个高增益宽带螺旋天线，所述7个高增益宽带螺旋天线分别独立设置于所述天线主体的七个面上；
所述VHF波段天线组进一步包括用于接收AIS和DCP的信号的两根八木天线，所述两根八木天线分别设置于所述天线主体的底面的两侧。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
通过本发明提供的轻小型全域信息采集与交换装置，可以同时收集存在于空间中的机载ADS-B信号、船载AIS信号、GNSS-R信号以及DCP信号，并且具备应急短消息功能，将无源被动的信息收集类载荷的功能融合在一起，形成一个完整的海、陆、空全域信息采集与数据交换功能的轻小型电子设备。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为可选的一种轻小型全域信息采集与交换装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明的核心思想在于通过天线融合设计和数字化的中频处理机设计，实现ADS-B信号接收处理功能、AIS信号接收处理功能、GNSS-R海洋遥感系统、DCSS数据采集功能的一体化设计，使用一个载荷同时实现了空中目标监测、海面目标监测、高海况海面风场测量以及海陆DCP信息采集四种功能，形成一个集海空目标信息收集、海洋动力环境探测、海陆资源信息采集，同时兼具应急短报文功能的信息收集与交换于一体的新型电子系统装置。
由于采用融合天线设计和基于软件无线电的数字化综合处理机设计，在相对传统单项载荷同规模的体积和功耗的前提下，兼具四种信息采集类的载荷功能，可以显著降低研制、发射、卫星组网的成本，为将来海陆空立体信息网络的建立和数据挖掘分析提供数据基础。同时本发明提供的轻小型全域信息采集与交换装置配置灵活，扩展性强，当需要进行功能扩展时，可通过增加软件功能模块进行扩展。本发明通过轻小型全域信息采集与交换装置机载ADS-B信号、船载AIS信号、无源被动接收GNSS导航卫星直射信号和经海面反射后的信号，以及地面DCP终端发出的信号，通过软件功能模块挂载的方式，实现了ADS-B信号侦察系统、AIS信号侦察系统、GNSS-R海洋遥感系统、DCP信号接收与转发系统的一体化设计，该处理方法能够同时进行空中目标监测、海面目标监测、高海况海面风场测量、以及海陆资源信息监测，兼具应急短消息功能。
本发明提出了一种如图1所示的轻小型全域信息采集与交换装置，包括；综合数据处理机、导航天线、台椎体异构融合天线；
所述台椎体异构融合天线用于接收L波段信号和VHF波段信号，所述导航天线用于接收导航卫星的直射信号，所述综合数据处理机分别与所述导航天线、台椎体异构融合天线连接通信实现观测数据的收发；
其中，所述台椎体异构融合天线包括L波段天线组和VHF波段天线组。
所述台锥体异构融合天线还包括一个规则的七面体形状的天线主体；
所述L波段天线组进一步包括用于接收ADS-B和GNSS-R信号的7个高增益宽带螺旋天线，所述7个高增益宽带螺旋天线分别独立设置于所述天线主体的七个面上；
所述VHF波段天线组进一步包括用于接收AIS和DCP的信号的两根八木天线，所述两根八木天线分别设置于所述天线主体的底面的两侧。
L波段天线组31可以同时接收ADS-B和GNSS-R信号，将七个螺旋天线的波束进行合成后，可以得到120°的覆盖范围和超过8dB的边缘增益，满足ADS-B和GNSS-R信号的接收要求；在底面两侧各安装有一根三单元的八木天线，两根八木天线共同构成VHF波段天线组，可以同时接收AIS和DCP的信号，并满足发射要求。
作为一种实施例，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述导航天线接收的导航卫星的直射信号和自所述L波段天线组接收的海面反射信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号进行时延多普勒相关功率计算获得包括船只航线上的风速、风向在内的观测数据。
作为一种实施例，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述L波段天线组接收的机载ADS-B信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行采样、量化、ADS-B信号判读、应答信号消除、时域交织ADS-B信号检测与分离、ADS-B信号解调与解码处理，获取包括原始的飞机ADS-B数据在内的观测数据。
作为一种实施例，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述VHF波段天线组接收的船载AIS信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行采样、量化、系统同步、时域混叠AIS信号检测与分离、信号解调处理，获取包括船舶及航线信息在内的观测数据。
作为一种实施例，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器、数据存储模块、电源及发射模块；
所述数字化射频前端用于：对自所述VHF波段天线组接收的DCP信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器，和对自所述电源及发射模块接收的调制后的信号依次进行数字成型、数字上变频后，通过所述VHF波段天线组发射；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行解调、译码，并送至所述数据存储模块保存译码后的观测数据，和对需要发射的DCP信号进行信息编码后送至所述电源及发射模块；
所述电源及发射模块用于对自所述综合信号处理器接收的信号依次进行放大、调制后传输至所述数字化射频前端。
作为一种实施例，其特征在于，所述综合数据处理机还包括综合任务管控模块和数据存储模块；所述综合任务管控模块用于主动或被动地调整工作模式为存储转发模式或透明转发模式；
所述存储转发模式下，将所述观测数据都存入数据存储模块；
所述透明转发模式下，实时通过短报文消息将所属观测数据进行对地发送。
作为一种实施例，所述综合任务管控模块还用于对数字化射频前端、综合信号处理器、数据存储模块进行开关控制和降性能使用控制。
作为一种实施例，所述综合数据处理机包括数据存储模块；所述数据存储模块还用于对接收的ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据依次进行标识、组帧、打包，输出融合数据流；
和对接收的ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据进行分类存储，分类输出。
图1为本发明实施例提供的轻小型全域信息采集与交换装置的结构示意图。参照图1，提供一种轻小型全域信息采集与交换装置，包括：综合数据处理机1，包括数字化射频前端11、综合信号处理器12，综合任务管控模块13，数据存储模块14，电源及发射模块15；导航天线2，与所述数字化射频前端11信号连接；台锥体异构融合天线3，包括L波段天线组31，与所述数字化射频前端11信号连接，VHF波段天线组32，与所述数字化射频前端11信号连接。
在本实施例中，导航天线2和L波段天线组31分别接收导航卫星的直射信号和海面反射信号，通过数字化射频前端11对采集到的射频信号进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器12进行时延多普勒相关功率计算等处理，实现对海面风场的观测，实时获取船只航线上的风速、风向等数据，为远洋船只的航行安全、重点区域的台风监测等提供技术保障。
在本实施例中，L波段天线组31接收全球范围内的机载ADS-B信号，通过数字化射频前端11对采集到的ADS-B信号进行滤波、放大、下变频至零中频，送至综合信号处理器12进行采样、量化、ADS-B信号判读、应答信号消除、时域交织ADS-B信号检测与分离、ADS-B信号解调与解码处理，获取原始的飞机ADS-B数据，不但能对单一空中目标进行持续监测，还能绘制长期的全球空中交通态势图。
在本实施例中，VHF波段天线组32接收全球范围内的船载AIS信号，通过数字化射频前端11对采集到的AIS信号进行滤波、放大、下变频至零中频，送至综合信号处理器12进行采样、量化、系统同步、时域混叠AIS信号检测与分离、信号解调处理，获取船舶及航线信息，不但能对单一海上目标进行持续监测，还能获取长期的全球海上航线态势图。
在本实施例中，VHF波段天线组32接收全球范围内的DCP信号，通过数字化射频前端11对采集到的DCP信号进行滤波、放大、下变频至零中频，送至综合信号处理器12进行解调、译码，并送至数据存储模块14保存译码结果；综合信号处理器12对需要发射的DCP信号进行信息编码、送至电源及发射模块15进行放大、调制，然后送入数字射频前端11进行数字成型、数字上变频后，通过VHF波段天线组32发射。
在本实施例中，综合任务管控模块13可根据需要调整工作模式为存储转发模式或透明转发模式，存储转发模式下所有数据均存入数据存数模块14，等待合适时机将数据传输至地面站；透明转发模式下可实时传递短报文消息。
在本实施例中，综合任务管控模块13可根据需要对系统的各个功能模块进行打开、关闭、降性能使用等操作。
在本实施例中，数据存储模块14可以根据需要对ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据进行标识、组帧、打包处理，输出融合数据流至专用处理端进行信息融合处理显示；也可以对数据进行分类存储，分别输出至各自类型专用处理设备或对口单位。
综上，通过本发明提供的轻小型全域信息采集与交换装置及其处理方法，可以同时收集存在于空间中的机载ADS-B信号、船载AIS信号、GNSS-R信号以及DCP信号，并且具备应急短消息功能，将无源被动的信息收集类载荷的功能融合在一起，形成一个完整的海、陆、空全域信息采集与数据交换功能的轻小型电子设备。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，包括；综合数据处理机、导航天线、台椎体异构融合天线；
所述台椎体异构融合天线用于接收L波段信号和VHF波段信号，所述导航天线用于接收导航卫星的直射信号，所述综合数据处理机分别与所述导航天线、台椎体异构融合天线连接通信实现观测数据的收发；
其中，所述台椎体异构融合天线包括L波段天线组和VHF波段天线组。
2.根据权利要求1所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述导航天线接收的导航卫星的直射信号和自所述L波段天线组接收的海面反射信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号进行时延多普勒相关功率计算获得包括船只航线上的风速、风向在内的观测数据。
3.根据权利要求1所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述L波段天线组接收的机载ADS-B信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行采样、量化、ADS-B信号判读、应答信号消除、时域交织ADS-B信号检测与分离、ADS-B信号解调与解码处理，获取包括原始的飞机ADS-B数据在内的观测数据。
4.根据权利要求1所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器；
所述数字化射频前端用于：对自所述VHF波段天线组接收的船载AIS信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行采样、量化、系统同步、时域混叠AIS信号检测与分离、信号解调处理，获取包括船舶及航线信息在内的观测数据。
5.根据权利要求1所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合数据处理机包括数字化射频前端、综合信号处理器、数据存储模块、电源及发射模块；
所述数字化射频前端用于：对自所述VHF波段天线组接收的DCP信号依次进行滤波、放大、数字下变频至零中频，送至综合信号处理器，和对自所述电源及发射模块接收的调制后的信号依次进行数字成型、数字上变频后，通过所述VHF波段天线组发射；
所述综合信号处理器用于：对自所述数字化射频前端接收的信号依次进行解调、译码，并送至所述数据存储模块保存译码后的观测数据，和对需要发射的DCP信号进行信息编码后送至所述电源及发射模块；
所述电源及发射模块用于对自所述综合信号处理器接收的信号依次进行放大、调制后传输至所述数字化射频前端。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合数据处理机还包括综合任务管控模块和数据存储模块；所述综合任务管控模块用于主动或被动地调整工作模式为存储转发模式或透明转发模式；
所述存储转发模式下，将所述观测数据都存入数据存储模块；
所述透明转发模式下，实时通过短报文消息将所属观测数据进行对地发送。
7.根据权利要求6所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合任务管控模块还用于对数字化射频前端、综合信号处理器、数据存储模块进行开关控制和降性能使用控制。
8.根据权利要求1所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述综合数据处理机包括数据存储模块；所述数据存储模块还用于对接收的ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据依次进行标识、组帧、打包，输出融合数据流；
和对接收的ADS-B数据、AIS数据、GNSS-R数据、DCP数据进行分类存储，分类输出。
9.根据权利要求1所述的一种轻小型全域信息采集与交换装置，其特征在于，所述台锥体异构融合天线还包括一个规则的七面体形状的天线主体；
所述L波段天线组进一步包括用于接收ADS-B和GNSS-R信号的7个高增益宽带螺旋天线，所述7个高增益宽带螺旋天线分别独立设置于所述天线主体的七个面上；
所述VHF波段天线组进一步包括用于接收AIS和DCP的信号的两根八木天线，所述两根八木天线分别设置于所述天线主体的底面的两侧。
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