CN107546494A - 一种无人机载l波段相控阵天线微波辐射计系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，包括：系统控制单元、移向控制单元、相控阵天线、接收机、信息采集单元；移向控制单元，接收到所述工作启动信号后，向所述相控阵天线发送电扫描指令，并且将所述扫描波位号发送给信息采集单元；相控阵天线，通过不同电扫描波束获取不同扫描位置的遥感信号，并将所述遥感信号发送给所述接收机；接收机，将所述遥感信号进行滤波、变频、和放大处理后生成遥感数据发送给所述信息采集单元；信息采集单元，将所述扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的遥感数据进行打包处理，发送给系统控制单元，所述系统控制单元将不同扫描波位号分别对应的遥感数据发送给外部平台。

Description

一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统

技术领域

本发明属于空间微波遥感技术领域，涉及一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统。

背景技术

随着空间微波遥感技术的不断发展，机载L波段相控阵天线微波辐射计系统的应用也越来越广泛。其中，机载L波段相控阵天线微波辐射计系统主要用于对航线区域及目标区的机动探测，获取航线及目标区域内的海面微波辐射亮温度基本参数，从而为反演生成海水盐度、海面温度和海面风速等海洋基本参数提供探测数据，为构建海洋环境监测系统提供信息支撑。

现有的机载L波段微波辐射计系统都是以有人机为平台，系统天线采用单微带天线或喇叭天线形式。然而由于现有系统天线重量重、尺寸较大，因此对机载平台的装载能力要求较高，装配难度较大，环境适应性较差，进而无法满足无人机平台的装载空间要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，采用具有电扫描功能的相控阵天线作为信号获取的天线，解决了由于现有系统天线重量重、尺寸较大，导致的装配难度较大，环境适应性较差，无法满足无人机平台的装载空间要求的问题。

本发明的技术方案是：

一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，包括：系统控制单元、移向控制单元、相控阵天线、接收机、信息采集单元；

系统控制单元，向移向控制单元发送系统工作启动信号；将信息采集单元打包处理后的数据发送给外部平台；

移向控制单元，接收到所述工作启动信号后，向所述相控阵天线发送携带有扫描波位号的电扫描指令，并且将所述扫描波位号发送给信息采集单元，所述扫描波位号用于标识电扫描波束的扫描位置；

相控阵天线，根据所述电扫描指令，获取不同扫描位置的遥感信号，并将所述遥感信号发送给所述接收机；

接收机，将所述遥感信号进行滤波、变频、和放大处理后生成遥感数据发送给所述信息采集单元；

信息采集单元，将所述移向控制单元发送的扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的遥感数据进行打包处理，发送给系统控制单元。

进一步地，所述相控阵天线包括阵面辐射单元、馈电网络、低噪声放大器；

阵面辐射单元，根据所述电扫描指令获取不同扫描位置的遥感信号并将所述遥感信号发送给所述馈电网络；

馈电网络，对所述遥感信号进行极化分离和信号合成后，发送给所述低噪声放大器；

低噪声放大器，将所述馈电网络馈入的遥感信号进行低噪声放大，输出给所述接收机。

进一步地，所述系统还包括定标单元，所述相控阵天线还包括定标开关；

定标单元，从接收到所述移向控制单元发送的所述扫描波位号的时刻起开始计时，若计时时长未达到预置时长，则控制所述定标开关处于开启状态，若计时时长达到所述预置时长时，控制所述定标开关切换为关闭状态，并向所述信息采集单元发送扫描波位号以及预置的两个温度点分别对应的遥感信号的理论参考值，所述定标开关用于控制馈电网络与低噪声放大器之间的数据传输通断。

进一步地，所述预置的两个温度点的差值大于或等于900度。

进一步地，信息采集单元，在将所述移向控制单元发送的扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的遥感数据进行打包处理之前，还将所述遥感数据进行射频干扰抑制处理。

进一步地，所述系统还包括卫星通讯单元；

卫星通讯单元，接收外部卫星系统发送的所述外部卫星系统获取的不同扫描位置的遥感数据，并发送给所述系统控制单元。

本发明的有益效果：

(1)由于本发明采用具有电扫描功能的相控阵天线作为系统信号采集的天线，并且相控阵天线扫描幅宽可以灵活调配，相控阵天线重量较轻、尺寸较小，因此在满足了系统扫描幅宽的要求的同时，满足了在无人机平台装载空间的条件。

(2)本发明提供的系统通过一路接收机可以实现对多个不同天线阵面单元输出信号进行接收，简化了系统的组成结构。

(3)本发明通过增加定标单元来控制馈电网络与低噪声放大器之间数据传输的通断，可以对系统的工作模式进行灵活切换，并且本发明定标单元提供了两个温度点分别对应的预置参考信号，可以实现飞行实时两点定标功能。

(4)本发明系统中由于增加了卫星通讯单元，可以实现与卫星的通讯功能，进而能够实现与卫星数据的同步。

附图说明

图1为本发明提供的无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统组成框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统包括：系统控制单元、移向控制单元、相控阵天线、接收机、信息采集单元；系统控制单元，向移向控制单元发送系统工作启动信号；移向控制单元，接收到所述工作启动信号后，向所述相控阵天线发送电扫描指令，所述电扫描指令携带有用于标识电扫描波束扫描位置的扫描波位号，并且将所述扫描波位号发送给信息采集单元；相控阵天线，通过不同电扫描波束获取不同扫描位置的遥感信号，并将所述遥感信号发送给所述接收机；接收机，将所述遥感信号进行滤波、变频、和放大处理后生成遥感数据发送给所述信息采集单元；信息采集单元，将所述扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的遥感数据进行打包处理，发送给系统控制单元，所述系统控制单元将收集到的遥感数据按照规定通信协议格式进行组包并通过数据总线将组包后的不同扫描波位号分别对应的遥感数据发送给外部平台。此时，外部平台可以根据接收到的遥感数据以及遥感数据对应的位置进行相关分析工作。

进一步地，所述相控阵天线包括阵面辐射单元、馈电网络、定标开关、低噪声放大器；阵面辐射单元，通过不同电扫描波束获取不同扫描位置的遥感信号并将所述遥感信号发送给所述馈电网络；馈电网络，对所述遥感信号进行极化分离和信号合成后，发送给所述低噪声放大器；所述定标开关，控制馈电网络与低噪声放大器之间数据传输的通断；所述低噪声放大器，当所述定标开关为开启状态时，将所述馈电网络馈入的遥感信号进行低噪声放大，输出给所述接收机。

其中，相控阵天线为平板结构，阵面辐射单元具体可以为4×4、2×2个辐射单元等，具体根据实际扫描需求进行配置，在此不再赘述。对于本发明实施例提供的系统有观测模式和定标模式两种工作模式，当处于观测模式时，定标开关开启，信号经过定标开关进入低噪声放大器，为降该低噪声放大器对于链路损耗，结构设计时，将该低噪声放大器上安装在馈电网络后端、接近天线输出信号的位置。当处于定标模式时，定标开关关闭时，信号不再经过定标开关进入低噪声放大器。

对于本发明实施例，移向控制单元具体可以采用数字波束合成方法，通过控制馈电网络的激励相位，形成相应个数的电扫描波束，并生成相应的扫描波位号。

进一步地，所述系统还包括：定标单元，此时移向控制单元将所述扫描波位号发送给定标单元；定标单元从接收到所述扫描波位号的时刻起开始计时，若计时时长未达到预置时长，则控制所述定标开关处于开启状态，若计时时长达到所述预置时长时，控制所述定标开关切换为关闭状态，并向所述信息采集单元发送扫描波位号以及两个温度点分别对应的预置参考信号，所述两个温度点的差值大于或等于900度；其中，两个温度点具体可以为高温1200K、常温300K，高温1300K、常温400K等，本发明不做限定。所述信息采集单元，将所述扫描波位号和所述两个温度点分别对应的预置参考信号发送给系统控制单元，所述系统控制单元将所述扫描波位号和所述两个温度点分别对应的预置参考信号发送给外部平台。

例如，若天线电扫描周期为26s，共计扫描波位为13个，则此时每个扫描波位时长为2s，此时，上述预置时长为1.6s，即每个扫描波位内，前1.6s用于对地观测，后0.4s用于进行定标。

进一步地，信息采集单元，将接收机发送的遥感数据进行射频干扰抑制处理，并将所述扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的进行射频干扰抑制处理后的遥感数据进行打包处理，发送给系统控制单元。从而保证系统中传输和采集的信号不受到射频干扰。

进一步地，所述系统还包括卫星通讯单元，用于接收外部卫星系统发送的所述外部卫星系统获取的不同扫描位置的遥感数据，并发送给所述系统控制单元；此时，系统控制单元，将外部卫星系统获取的所述不同扫描位置的遥感数据发送给外部平台。从而实现了接收卫星的同步数据和定位数据，可以实现系统与卫星的同步测量功能。

需要说明的是，对本发明实施例，为了节省装载空间，相控阵天线在结构设计上采用了一体化设计，即将定标开关、低噪声放大器、移向控制单元、接收机、定标单元以及信息采集单元都安装在相控阵天线背板，背板尺寸与相控阵天线阵面相同，可以实现一体化装载，并且在阵面和背板之间设计了绝缘层，以避免背板对阵面板电性能的影响。整个相控阵天线结构尺寸为600mm×600mm×80mm，安装在无人机舱内进行装载，降低了对环境的要求，简化了系统热控设计。

同时，系统和平台进行数据交换，一方面系统实时接收、执行来自平台的指令，并在每个扫描周期内完成遥感数据输出、遥测状态数据输出至平台，数据接口采用设计成熟的RS422接口和CAN总线接口，保证数据传输的可靠性。同时，系统通过内部总线实时收集来自系统内部状态监测信号、实时遥感数据，并在系统控制单元中完成数据组包和发送。系统内部数据接口采用485总线、异步半双工工作模式。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，其特征在于，包括：系统控制单元、移向控制单元、相控阵天线、接收机、信息采集单元；

系统控制单元，向移向控制单元发送系统工作启动信号；将信息采集单元打包处理后的数据发送给外部平台；

移向控制单元，接收到所述工作启动信号后，向所述相控阵天线发送携带有扫描波位号的电扫描指令，并且将所述扫描波位号发送给信息采集单元，所述扫描波位号用于标识电扫描波束的扫描位置；

相控阵天线，根据所述电扫描指令，获取不同扫描位置的遥感信号，并将所述遥感信号发送给所述接收机；

接收机，将所述遥感信号进行滤波、变频、和放大处理后生成遥感数据发送给所述信息采集单元；

信息采集单元，将所述移向控制单元发送的扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的遥感数据进行打包处理，发送给系统控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，其特征在于，所述相控阵天线包括阵面辐射单元、馈电网络、低噪声放大器；

阵面辐射单元，根据所述电扫描指令获取不同扫描位置的遥感信号并将所述遥感信号发送给所述馈电网络；

馈电网络，对所述遥感信号进行极化分离和信号合成后，发送给所述低噪声放大器；

低噪声放大器，将所述馈电网络馈入的遥感信号进行低噪声放大，输出给所述接收机。

3.根据权利要求2所述的一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，其特征在于，所述系统还包括定标单元，所述相控阵天线还包括定标开关；

定标单元，从接收到所述移向控制单元发送的所述扫描波位号的时刻起开始计时，若计时时长未达到预置时长，则控制所述定标开关处于开启状态，若计时时长达到所述预置时长时，控制所述定标开关切换为关闭状态，并向所述信息采集单元发送扫描波位号以及预置的两个温度点分别对应的遥感信号的理论参考值，所述定标开关用于控制馈电网络与低噪声放大器之间的数据传输通断。

4.根据权利要求3所述的一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，其特征在于，所述预置的两个温度点的差值大于或等于900度。

5.根据权利要求1所述的一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，其特征在于，信息采集单元，在将所述移向控制单元发送的扫描波位号以及与所述扫描波位号对应的遥感数据进行打包处理之前，还将所述遥感数据进行射频干扰抑制处理。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种无人机载L波段相控阵天线微波辐射计系统，其特征在于，所述系统还包括卫星通讯单元；

卫星通讯单元，接收外部卫星系统发送的所述外部卫星系统获取的不同扫描位置的遥感数据，并发送给所述系统控制单元。