CN108957593B - 基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置及方法，包括：一体化天线阵列、GNSS直达天线、射频信号处理电路、数字信号处理电路、反熔丝FPGA以及FLASH存储器，一体化天线阵列和GNSS直达天线与射频信号处理电路相连，射频信号处理电路与数字信号处理电路相连，数字信号处理电路与反熔丝FPGA相连，反熔丝FPGA与FLASH存储器相连，本发明实施例的技术方案，可实现探测成本降低、装置体积减小、资源可配置以及共享的效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及空间探测领域，尤其涉及一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置及方法。
背景技术
随着GNSS的发展，GNSS遥感技术应运而生，其利用无线电波在地球大气中传播的信号或者被地物反射后的信号的幅度、相位等物理量的变化，来反演地球大气、海洋和土壤等的相关要素，应用前景极其广阔。
目前，GNSS遥感技术主要包括GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术，它们是利用安装在浮空器或者地球低轨道卫星上的GNSS-R掩星接收机和GNSS-R反射接收机独立实现的。
现有的GNSS遥感技术中不能将GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术结合起来实现硬件资源以及数据信息的共享，存在装置体积大、成本高、功能单一，资源浪费的弊端。
发明内容
本发明实施例提供一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置及方法，以实现探测成本降低、装置体积减小、资源可配置以及共享。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置，包括：一体化天线阵列、GNSS直达天线、射频信号处理电路、数字信号处理电路、反熔丝FPGA以及FLASH存储器；所述一体化天线阵列，与所述射频信号处理电路相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号以及GNSS-R反射射频信号发送至所述射频信号处理电路；
所述GNSS直达天线，与所述射频信号处理电路相连，用于将接收到的GNSS直达射频信号发送至所述射频信号处理电路；
所述射频信号处理电路，与所述数字信号处理电路相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号、GNSS-R反射射频信号和GNSS直达射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号、GNSS-R反射数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号并发送至所述数字信号处理电路；
所述数字信号处理电路，与所述反熔丝FPGA相连，用于通过所述反熔丝FPGA载入位流文件，并根据所述位流文件对接收的所述GNSS掩星数字基带信号、所述GNSS-R反射数字基带信号以及所述GNSS直达数字基带信号进行数字信号处理；
所述反熔丝FPGA，与所述FLASH存储器相连，用于根据对地上遥测指令的指令解析结果，从所述FLASH存储器中获取匹配的位流文件并加载至所述数字信号处理电路；
所述FLASH存储器，用于存储掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法，包括；
反熔丝FPGA在检测到上电启动指令时，获取地上遥测指令进行指令解析；
所述反熔丝FPGA根据对所述地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路，以使所述数字信号处理电路根据载入的位流文件，执行匹配的掩星探测，和/或反射探测功能；
其中，所述FLASH存储器，用于存储掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
本发明实施例通过分别将一体化天线阵列和GNSS直达天线与射频信号处理电路相连，用于将接收到的各种射频信号发送至射频信号处理电路；将射频信号处理电路与数字信号处理电路相连，用于将接收到的各种射频信号对应的基带信号、并发送至数字信号处理电路；将数字信号处理电路与反熔丝FPGA相连，用于通过反熔丝FPGA载入位流文件，并根据位流文件对接收的各种基带信号信号进行数字信号处理；将反熔丝FPGA与FLASH存储器相连，用于根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件并加载至数字信号处理电路，从而形成一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置，解决了现有GNSS遥感技术中不能将GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术结合起来实现硬件资源以及数据信息共享，装置体积大、成本高、功能单一，资源浪费的问题，实现了探测成本降低、装置体积减小、资源可配置以及共享的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法的流程图；
图3是本发明实施例三提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置的结构示意图，本实施例可适用于利用GNSS遥感技术探测地球大气、海洋和土壤等的相关要素的情况，该基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置包括一体化天线阵列1、GNSS直达天线2、射频信号处理电路3、数字信号处理电路4、反熔丝FPGA5以及FLASH存储器6。
需要说明的是，本发明实施例提供的基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置可以配置在浮空器上，以实现上述掩星探测与反射探测功能，其中，浮空器可以为系留气球或者飞艇(一般飞艇、平流层飞艇、近空间飞艇和空间飞艇等)。典型的，本发明实施例所适配的浮空器一般为小型浮空器。
一体化天线阵列1，与射频信号处理电路3相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号以及GNSS-R反射射频信号发送至射频信号处理电路3。
其中，在任意工作模式下，一体化天线阵列1都同时接收GNSS掩星射频信号以及GNSS-R反射射频信号，并发送至射频信号处理电路3。
GNSS直达天线2，与射频信号处理电路3相连，用于将接收到的GNSS直达射频信号发送至射频信号处理电路。
其中，实现GNSS导航定位定轨功能的直达射频信号是由GNSS直达天线2接收的，该GNSS导航定位定轨功能用于为不同工作模式提供准确的定位信息和时间基准，从而保证在此基础上得到的数据处理信息准确。
射频信号处理电路3，与数字信号处理电路4相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号、GNSS-R反射射频信号和GNSS直达射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号、GNSS-R反射数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号并发送至数字信号处理电路4。
其中，射频信号处理电路3用于将从一体化天线阵列1以及GNSS直达天线2端接收到的射频信号处理为数字基带信号，也就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形，且射频信号处理电路3包括多个输出通道，支持不同频段的信号输出到数字信号处理电路4中。
数字信号处理电路4，与反熔丝FPGA5相连，用于通过反熔丝FPGA5载入位流文件，并根据位流文件对接收的GNSS掩星数字基带信号、GNSS-R反射数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号进行数字信号处理。
其中，数字信号处理电路根据反熔丝FPGA5载入的位流文件判断目前的工作模式，在本实施例中的一体化装置中，有三种工作模式，即掩星探测与反射探测全功能工作模式、单一掩星探测功能工作模式以及单一反射探测功能工作模式，根据载入的位流文件类型确定工作模式后，数字信号处理电路4接收GNSS直达数字基带信号以及与工作模式对应的射频信号，例如，当工作在单一掩星探测功能工作模式下时，数字信号处理电路4接收GNSS直达数字基带信号以及GNSS掩星数字基带信号。
同时，数字信号处理电路4可以根据所需的数字基带信号的带宽对射频信号处理电路3的电路参数进行设置，以使射频信号处理电路3提供符合要求的数字基带信号，从而获得准确的解析数据，正确探测目标信息。
反熔丝FPGA5，与FLASH存储器6相连，用于根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器6中获取匹配的位流文件并加载至数字信号处理电路4。
其中，反熔丝FPGA5实时接收并且解析地上遥测指令，根据指令解析结果确定本实施例中一体化装置工作模式，从而从FLASH存储器6中选择对应的位流文件加载至数字信号处理电路4，且当地上遥测指令变化时，反熔丝FPGA5可以根据指令解析结果对数字信号处理电路4进行加载重构，确保数字信号处理电路4载入的位流文件与地上遥测指令一致，例如，上电开机后，反熔丝FPGA5确定指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令，则从FLASH存储器6中获取与单一掩星探测功能相关的位流文件并加载至数字信号处理电路4，而后地上遥测指令变化，根据反熔丝FPGA5实时解析结果确定地上遥测指令变为掩星探测与反射探测全功能启动指令，则从FLASH存储器6中获取与掩星探测与反射探测全功能相关的位流文件并加载至数字信号处理电路4，并对数字信号处理电路4进行复位，使一体化装置工作在掩星探测与反射探测全功能工作模式下，特别的，当反熔丝FPGA5实时接收并且解析出的地上遥测指令为无指令信息时，则认为当前工作模式为掩星探测与反射探测全功能工作模式，从而加载对应的位流文件到数字信号处理电路4。
FLASH存储器6，用于存储掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
其中，标准功能的位流文件用于处理GNSS直达数字基带信号，为所有工作模式提供准确的定位信息和时间基准；掩星探测与反射探测全功能的位流文件用于执行掩星探测与反射探测全功能工作模式的工作任务，对应处理GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号；单一掩星探测功能的位流文件用于执行单一掩星探测功能工作模式的工作任务，对应处理GNSS掩星数字基带信号；单一反射探测功能的位流文件用于执行单一反射探测功能工作模式的工作任务，对应处理GNSS-R反射数字基带信号。
本实施例的技术方案通过分别将一体化天线阵列和GNSS直达天线与射频信号处理电路相连，用于将接收到的各种射频信号发送至射频信号处理电路；将射频信号处理电路与数字信号处理电路相连，用于将接收到的各种射频信号对应的基带信号、并发送至数字信号处理电路；将数字信号处理电路与反熔丝FPGA相连，用于通过反熔丝FPGA载入位流文件，并根据位流文件对接收的各种基带信号信号进行数字信号处理；将反熔丝FPGA与FLASH存储器相连，用于根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件并加载至数字信号处理电路，从而形成一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置，解决了现有GNSS遥感技术中不能将GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术结合起来实现硬件资源以及数据信息共享，装置体积大、成本高、功能单一，资源浪费的问题，实现了探测成本降低、装置体积减小、资源可配置以及共享的效果。
可选的，射频信号处理电路3具体包括：
GNSS掩星射频信号处理子电路、GNSS-R反射射频信号处理子电路以及GNSS直达射频信号处理子电路，其中：
GNSS掩星射频信号处理子电路，分别与一体化天线阵列1以及数字信号处理电路4相连；GNSS-R反射射频信号处理子电路，分别与一体化天线阵列1以及数字信号处理电路4相连；GNSS直达射频信号处理子电路，分别与GNSS直达天线2以及数字信号处理电路4相连；
GNSS掩星射频信号处理子电路、GNSS-R反射射频信号处理子电路以及GNSS直达射频信号处理子电路中均包括：相连的放大滤波电路31以及射频处理芯片32；
放大滤波电路31，与一体化天线阵列1或者GNSS直达天线2相连，用于对接收到的GNSS掩星射频信号、GNSS-R反射射频信号或者GNSS直达射频信号进行放大滤波处理；
射频处理芯片32，与数字信号处理电路相连，用于将放大滤波处理后的射频信号处理为数字基带信号。
其中，GNSS掩星射频信号处理子电路用于将GNSS掩星射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号；GNSS-R反射射频信号处理子电路用于将GNSS-R反射射频信号处理为GNSS-R反射数字基带信号；GNSS直达射频信号处理子电路用于将GNSS直达射频信号处理为GNSS直达数字基带信号，
本可选的技术方案中将射频信号处理电路分为三个子电路，并在每个子电路上利用放大滤波电路以及射频处理芯片将射频信号处理为数字基带信号，提高了射频信号处理效率和准确性。
可选的，数字信号处理电路4包括：相连接的SRAM型FPGA41以及SOC处理器42，其中：
SRAM型FPGA41，分别与GNSS掩星射频信号处理子电路、GNSS-R反射射频信号处理子电路以及反熔丝FPGA5相连，用于根据通过反熔丝FPGA5载入的掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件或者单一反射探测功能的位流文件，对接收的GNSS掩星数字基带信号，和/或GNSS-R反射数字基带信号进行预处理后，发送至SOC处理器42；
SOC处理器42，分别与GNSS直达射频信号处理子电路以及反熔丝FPGA5相连，用于根据通过反熔丝FPGA5载入的标准位流文件，对接收的GNSS直达数字基带信号进行预处理后，对预处理后的GNSS直达数字基带信号，以及接收到的预处理后的GNSS掩星数字基带信号，和/或GNSS-R反射数字基带信号，进行解析处理。
其中，SRAM型FPGA41是一种可支持烧录位流配置文件的FPGA，用于对数字基带信号进行预处理，预处理操作包括但不限于放大操作和去噪操作，当通过反熔丝FPGA5向SRAM型FPGA41载入掩星探测与反射探测全功能的位流文件时，一体化装置进入掩星探测与反射探测全功能工作模式，SRAM型FPGA41硬件资源被平均分配，用于对接收的GNSS掩星数字基带信号和GNSS-R反射数字基带信号进行预处理；当通过反熔丝FPGA5向SRAM型FPGA41载入单一掩星探测功能的位流文件时，一体化装置进入单一掩星探测功能工作模式，SRAM型FPGA41硬件资源被按照一定比例分配(例如，设置在单一功能工作模式下，SRAM型FPGA41硬件资源使用的初始比例为80％，当处理压力增大时，可以申请更多的SRAM型FPGA41硬件资源，直到SRAM型FPGA41硬件资源的使用率为100％)，用于对接收的GNSS掩星数字基带信号进行预处理；当通过反熔丝FPGA5向SRAM型FPGA41载入单一反射探测功能的位流文件时，一体化装置进入单一反射探测功能工作模式，SRAM型FPGA41硬件资源被按照一定比例分配，用于对接收的GNSS-R反射数字基带信号进行预处理，将处理后的结果发送至SOC处理器42，SRAM型FPGA41还具有设置带宽的功能，能够选择射频信号处理电路3输出到SRAM型FPGA41的数字基带信号的合理带宽，从而获得准确的解析数据，正确探测目标信息。
SOC处理器42包括两个部分，第一部分实现的功能与SRAM型FPGA41相同，是对接收的GNSS直达数字基带信号进行预处理，预处理操作包括但不限于放大操作和去噪操作；第二部分是将预处理后的各种数字基带信号综合起来进行解析处理，得到目标信息，例如，在进行气象系统探测时，SOC处理器42中第二部分得到的目标信息是根据预处理后的GNSS直达数字基带信号、GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号得到的大气参数、海洋参数、地表状况、辐射收支和臭氧分布等信息，从而对全球变暖、臭氧层空洞以及厄尔尼诺现象进行研究。
本可选的技术方案中将数字信号处理电路分为相连接的SRAM型FPGA以及SOC处理器，并通过这两部分对数字基带信号进行预处理和解析处理，加入SRAM型FPGA一方面缓解了单独SOC处理器进行预处理和解析处理的处理压力，使得数据处理效率提高，增强了一体化装置的实时性，另一方面SRAM型FPGA根据载入的位流文件的类型，确定硬件资源的使用比例，实现了GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术的硬件资源共享以及硬件资源可调的目的。
可选的，一体化天线阵列1包括：2*4天线阵列11，GNSS掩星射频信号合成单元12以及GNSS-R反射射频信号合成单元13；2*4天线阵列11中的各双圆极化天线阵元分别与GNSS掩星射频信号合成单元12以及GNSS-R反射射频信号合成单元13相连，所述双圆极化天线阵元包括右旋圆极化天线以及左旋圆极化天线；
GNSS掩星射频信号合成单元12，包括，GNSS掩星天线合成网络，GNSS掩星天线合成网络与GNSS掩星射频信号处理子电路相连，GNSS掩星天线合成网络用于将各右旋圆极化天线接收的信号合成为GNSS掩星射频信号；
GNSS-R反射射频信号合成单元13，包括：相连接的移相器以及GNSS-R反射天线合成网络，移相器与2*4天线阵列11中的各天线相连，GNSS-R反射天线合成网络与GNSS掩星射频信号处理子电路相连；
移相器，用于将各左旋圆极化天线接收的信号分别进行移相处理后，发送至GNSS-R反射天线合成网络；
GNSS-R反射天线合成网络，用于将移相处理后的左旋圆极化信号合成为GNSS-R反射射频信号。
其中，一体化天线阵列1包括2*4天线阵列11，GNSS掩星射频信号合成单12元以及GNSS-R反射射频信号合成单元13，2*4天线阵列11具有双圆极化两端口输出天线阵元，一路端口输出右旋圆极化天线接收的信号，经GNSS掩星射频信号合成单元12合成为GNSS掩星射频信号；一路端口输出左旋圆极化天线接收的信号，经GNSS-R反射射频信号合成单元13合成为GNSS-R反射射频信号，GNSS掩星射频信号合成单元12中的GNSS掩星天线合成网络能够控制耦合系数得到准确的GNSS掩星射频信号幅值以及相位，GNSS-R反射射频信号合成单元13中的移相器能够对左旋圆极化天线接收的信号的相位进行调整，然后经GNSS-R反射天线合成网络得到准确的GNSS-R反射射频信号幅值以及相位。
本可选的技术方案中利用2*4天线阵列，GNSS掩星射频信号合成单元以及GNSS-R反射射频信号合成单元同时接收并合成GNSS掩星射频信号和GNSS-R反射射频信号，达到了射频信号接收装置一体化的目的，并且能同时提供两种射频信号，保证为数字处理电路提供及时有效的数据源。
可选的，反熔丝FPGA5通过SelectMAP接口，与SRAM型FPGA41、SOC处理器42以及FLASH存储器6进行数据交互；SRAM型FPGA41与SOC处理器42之间通过AIX接口进行数据交互。
本可选的技术方案中通过SelectMAP接口进行反熔丝FPGA与SRAM型FPGA、SOC处理器以及FLASH存储器之间的数据交互，可以减少器件数目,增加硬件系统的灵活性，通过AIX接口进行SRAM型FPGA与SOC处理器之间的数据交互可以提高数据交互的效率，保证数据被及时有效地处理。
可选的，反熔丝FPGA5包括地上遥测总线接口，地上遥测总线接口用于与地上遥测总线51相连，并通过地上遥测总线51接收地上遥测指令。
可选的，地上遥测总线51用于和一个或者多个地上遥测指令的发射装置(例如，某一地面站)相连。
其中，地上遥测指令包括：掩星探测与反射探测全功能启动指令、单一掩星探测功能启动指令以及单一反射探测功能启动指令。
本可选的技术方案中提供了反熔丝FPGA接收地上遥测指令的方式，实现遥测数据，传输指令的目的，保证地上遥测指令能够被实时接收。
可选的，标准功能的位流文件存储于FLASH存储器6中的CE0存储空间中；
掩星探测与反射探测全功能的位流文件存储于FLASH存储器6中的CE1存储空间中；
单一掩星探测功能的位流文件存储于FLASH存储器6中的CE2存储空间中；
单一反射探测功能的位流文件存储于FLASH存储器6中的CE3存储空间中。
其中，FLASH存储器6中设置有至少四个CE片选，用于存储不同类型的位流文件，标准功能的位流文件用于处理GNSS直达数字基带信号，为所有工作模式提供准确的定位信息和时间基准；掩星探测与反射探测全功能的位流文件用于执行掩星探测与反射探测全功能工作模式的工作任务；单一掩星探测功能的位流文件用于执行单一掩星探测功能工作模式的工作任务；单一反射探测功能的位流文件用于执行单一反射探测功能工作模式的工作任务。
本可选的技术方案中，将不同类型的位流文件存储于独立的片选区域，利于位流文件的调用以及程序设置。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法的流程图，本实施例可适用于利用GNSS遥感技术探测地球大气、海洋和土壤等的相关要素的情况，该方法可以由上述基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置来执行。
本实施例的方法具体包括如下步骤：
步骤210、反熔丝FPGA在检测到上电启动指令时，获取地上遥测指令进行指令解析。
其中，反熔丝FPGA通过地上遥测总线接口，从地上遥测总线上获取地上遥测指令进行指令解析，地上遥测指令包括：掩星探测与反射探测全功能启动指令、单一掩星探测功能启动指令以及单一反射探测功能启动指令，当反熔丝FPGA在检测到上电启动指令，从地上遥测总线上未获取到地上遥测指令时，此时反熔丝FPGA解析结果为无指令信息。
步骤220、反熔丝FPGA根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路，以使数字信号处理电路根据载入的位流文件，执行匹配的掩星探测，和/或反射探测功能。
其中，FLASH存储器，用于存储掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
其中，当指令解析结果为无指令信息或者掩星探测与反射探测全功能启动指令时，从FLASH存储器中获取掩星探测与反射探测全功能的位流文件以及标准功能的位流文件加载至数字信号处理电路，执行掩星探测和反射探测功能；当指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令时，从FLASH存储器中获取单一掩星探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件加载至数字信号处理电路，执行掩星探测功能；当指令解析结果为单一反射探测功能启动指令时，从FLASH存储器中获取单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件加载至数字信号处理电路，执行反射探测功能。
掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件是用于预处理匹配的数字基带信号的文件，预处理操作包括但不限于放大操作和去噪操作，在数字信号处理电路中，数字基带信号被预处理后，还需要解析处理，解析处理用于将预处理后的各种数字基带信号综合起来进行解析，得到目标信息。在上述预处理以及解析处理过程中，数字基带信号是天线接收的射频信号经过射频信号处理电路处理后得到的，例如，当指令解析结果为单一反射探测功能启动指令时，从FLASH存储器中获取单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件加载至数字信号处理电路，标准功能的位流文件用于预处理GNSS直达数字基带信号，GNSS直达数字基带信号是GNSS直达天线接收的GNSS直达射频信号经过射频信号处理电路处理后得到的，在数字信号处理电路中，对GNSS直达数字基带信号进行预处理以及解析处理，能够为单一反射探测功能工作模式提供定位信息和时间基准，单一反射探测功能的位流文件用于预处理由GNSS-R反射数字基带信号，GNSS-R反射数字基带信号是一体化天线阵列接收的GNSS-R反射射频信号经过射频信号处理电路处理后得到的，在数字信号处理电路中，对GNSS-R反射数字基带信号进行预处理以及解析处理，能够得到由GNSS-R反射射频信号信息反映出的关于海洋或者土壤等的相关要素。
本实施例的技术方案通过反熔丝FPGA解析地上遥测指令，根据指令解析结果从FLASH存储器中获取匹配的位流文件并加载至数字信号处理电路，以使数字信号处理电路根据载入的位流文件，执行匹配的掩星探测，和/或反射探测功能，解决了现有GNSS遥感技术中不能将GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术结合起来实现硬件资源以及数据信息共享，装置体积大、成本高、功能单一，资源浪费的问题，实现了探测成本降低、装置体积减小、资源可配置以及共享的效果。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法的流程图，本实施例在上一实施例的基础上进一步细化，提供了数字信号处理电路的具体结构以及反熔丝FPGA根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路的具体实施步骤。下面结合图3对本发明实施例三提供的一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法进行说明，包括以下步骤：
步骤310、反熔丝FPGA在检测到上电启动指令时，获取地上遥测指令进行指令解析。
步骤320、判断反熔丝FPGA确定的指令解析结果是否为无指令信息或者掩星探测与反射探测全功能启动指令，若是无指令信息或者掩星探测与反射探测全功能启动指令，执行步骤330，若不是无指令信息或者掩星探测与反射探测全功能启动指令，执行步骤340。
步骤330、反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为无指令信息或者掩星探测与反射探测全功能启动指令，则从FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至SOC处理器，并从FLASH存储器中获取掩星探测与反射探测全功能的位流文件加载至SRAM型FPGA。
其中，在SOC处理器中，使用标准功能的位流文件对GNSS直达数字基带信号进行预处理，在SRAM型FPGA中，使用掩星探测与反射探测全功能的位流文件对GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号进行预处理，在此过程中，SRAM型FPGA的硬件资源被平均分配用于两种数字基带信号的预处理，将预处理后的各个数字基带信号在SOC处理器中进行综合解析处理，得到目标信息。
步骤340、判断反熔丝FPGA确定的指令解析结果是否为单一掩星探测功能启动指令，若是单一掩星探测功能启动指令，执行步骤350，若不是单一掩星探测功能启动指令，执行步骤360。
步骤350、反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令，则从FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至SOC处理器，并从FLASH存储器中获取单一掩星探测功能的位流文件加载至SRAM型FPGA。
其中，在SOC处理器中，使用标准功能的位流文件对GNSS直达数字基带信号进行预处理，在SRAM型FPGA中，使用单一掩星探测功能的位流文件对GNSS掩星数字基带信号进行预处理，在此过程中，SRAM型FPGA的硬件资源被按照一定比例分配用于GNSS掩星数字基带信号的预处理(例如，在单一掩星探测功能工作模式下，SRAM型FPGA硬件资源使用的初始比例为80％，当处理压力增大时，可以申请更多的SRAM型FPGA硬件资源，直到SRAM型FPGA硬件资源的使用率为100％)，将预处理后的各个数字基带信号在SOC处理器中进行综合解析处理，得到目标信息。
步骤360、反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为单一反射探测功能启动指令，则从FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至SOC处理器，并从FLASH存储器中获取单一反射探测功能的位流文件加载至SRAM型FPGA。
其中，在SOC处理器中，使用标准功能的位流文件对GNSS直达数字基带信号进行预处理，在SRAM型FPGA中，使用单一反射探测功能的位流文件对GNSS-R反射数字基带信号进行预处理，在此过程中，SRAM型FPGA的硬件资源被按照一定比例分配用于GNSS-R反射数字基带信号的预处理(例如，在单一反射探测功能工作模式下，SRAM型FPGA硬件资源使用的初始比例为80％，当处理压力增大时，可以申请更多的SRAM型FPGA硬件资源，直到SRAM型FPGA硬件资源的使用率为100％)，将预处理后的各个数字基带信号在SOC处理器中进行综合解析处理，得到目标信息。
本实施例的技术方案，在上一实施例的基础上进行了仔细说明，将反熔丝FPGA根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路，进一步细化为具体的实施步骤，通过将数字信号处理电路分为SOC处理器和SRAM型FPGA两部分，根据指令解析结果加载不同位流文件，进行预处理和解析处理，一方面缓解了单独SOC处理器进行预处理和解析处理的处理压力，使得数据处理效率提高，增强了一体化装置的实时性，另一方面SRAM型FPGA根据载入的位流文件的类型，确定硬件资源的使用比例，实现了GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术的硬件资源共享以及硬件资源可调的目的。
可选的，在反熔丝FPGA根据对地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路之后，还包括：
反熔丝FPGA在正常运行过程中，如果检测到新的地上遥测指令，则对新的地上遥测指令进行指令解析；
反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为掩星探测与反射探测全功能启动指令，且当前开启的探测功能为掩星探测功能或者反射探测功能，则从FLASH存储器中获取掩星探测与反射探测全功能的位流文件加载至SRAM型FPGA，并对SOC处理器以及SRAM型FPGA进行复位处理；
反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令，且当前开启的探测功能为掩星探测与反射探测全功能或者反射探测功能，则从FLASH存储器中获取单一掩星探测功能的位流文件加载至SRAM型FPGA，并对SOC处理器以及SRAM型FPGA进行复位处理；
反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为单一反射探测功能启动指令，且当前开启的探测功能为掩星探测与反射探测全功能或者掩星探测功能，则从FLASH存储器中获取单一反射探测功能的位流文件加载至SRAM型FPGA，并对SOC处理器以及SRAM型FPGA进行复位处理。
其中，反熔丝FPGA在正常运行过程中，如果检测到新的地上遥测指令，则对新的地上遥测指令进行指令解析，并根据新的地上遥测指令重新加载匹配的位流文件，然后对SOC处理器以及SRAM型FPGA进行复位处理，保证当前地上遥测指令与执行的探测功能一致。
本可选的技术方案中在重新加载与新的地上遥测指令匹配的位流文件后，增加了复位功能，保证了能够实时根据地上遥测指令变换工作模式，执行匹配的遥感探测技术，达到了多种工作模式灵活切换，GNSS掩星探测技术和GNSS-R反射探测技术的硬件资源和数据信息共享的目的。
具体的，以利用GNSS掩星探测技术探测臭氧分布信息，利用GNSS-R反射探测技术探测地表状况为例，说明本实施例的技术方案，反熔丝FPGA在检测到上电启动指令时，通过地上遥测总线接口，从地上遥测总线上获取地上遥测指令进行指令解析，当前地上遥测指令为掩星探测与反射探测全功能启动指令，需要同时探测臭氧分布信息以及地表状况信息，则反熔丝FPGA根据当前地上遥测指令解析结果，从FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至SOC处理器，并从FLASH存储器中获取掩星探测与反射探测全功能的位流文件加载至SRAM型FPGA，在SOC处理器中，使用标准功能的位流文件对GNSS直达数字基带信号进行预处理，对GNSS直达数字基带信号执行放大以及去噪的操作，在SRAM型FPGA中，SRAM型FPGA的硬件资源被平均分配用于GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号的预处理，对GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号执行放大以及去噪的操作，其中，GNSS直达数字基带信号是GNSS直达天线接收的GNSS直达射频信号经过射频信号处理电路处理后得到的，GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号是一体化天线阵列接收的GNSS掩星射频信号以及GNSS-R反射射频信号经过射频信号处理电路处理后得到的，将预处理后的所有数字基带信号在SOC处理器中进行解析处理，得到臭氧分布信息以及地表状况信息。当地上遥测指令变化，反熔丝FPGA检测到新的地上遥测指令，则对新的地上遥测指令进行指令解析，确定指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令，则从FLASH存储器中获取单一掩星探测功能的位流文件加载至SRAM型FPGA，并对SOC处理器以及SRAM型FPGA进行复位处理，SRAM型FPGA的硬件资源按照80％比例用于GNSS掩星数字基带信号以及GNSS-R反射数字基带信号的预处理，将预处理后的所有数字基带信号在SOC处理器中进行解析处理，仅获得臭氧分布信息。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (6)
1.一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置，其特征在于，包括：
一体化天线阵列、GNSS直达天线、射频信号处理电路、数字信号处理电路、反熔丝FPGA以及FLASH存储器；
所述一体化天线阵列，与所述射频信号处理电路相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号以及GNSS-R反射射频信号发送至所述射频信号处理电路；
所述GNSS直达天线，与所述射频信号处理电路相连，用于将接收到的GNSS直达射频信号发送至所述射频信号处理电路；
所述射频信号处理电路，与所述数字信号处理电路相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号、GNSS-R反射射频信号和GNSS直达射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号、GNSS-R反射数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号并发送至所述数字信号处理电路；
所述数字信号处理电路，与所述反熔丝FPGA相连，用于通过所述反熔丝FPGA载入位流文件，并根据所述位流文件对接收的所述GNSS掩星数字基带信号、所述GNSS-R反射数字基带信号以及所述GNSS直达数字基带信号进行数字信号处理；
所述反熔丝FPGA，与所述FLASH存储器相连，用于根据对地上遥测指令的指令解析结果，从所述FLASH存储器中获取匹配的位流文件并加载至所述数字信号处理电路；
所述FLASH存储器，用于存储掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件；
所述一体化天线阵列包括：2*4天线阵列，GNSS掩星射频信号合成单元以及GNSS-R反射射频信号合成单元；所述2*4天线阵列中的各双圆极化天线阵元分别与所述GNSS掩星射频信号合成单元以及所述GNSS-R反射射频信号合成单元相连，所述双圆极化天线阵元包括右旋圆极化天线以及左旋圆极化天线；
所述GNSS掩星射频信号合成单元，包括，GNSS掩星天线合成网络，所述GNSS掩星天线合成网络与GNSS掩星射频信号处理子电路相连，所述GNSS掩星天线合成网络用于将所述各右旋圆极化天线接收的信号合成为所述GNSS掩星射频信号；
所述GNSS-R反射射频信号合成单元，包括：相连接的移相器以及GNSS-R反射天线合成网络，所述移相器与所述2*4天线阵列中的各天线相连，所述GNSS-R反射天线合成网络与所述GNSS掩星射频信号处理子电路相连；
所述移相器，用于将各左旋圆极化天线接收的信号分别进行移相处理后，发送至所述GNSS-R反射天线合成网络；
所述GNSS-R反射天线合成网络，用于将移相处理后的所述信号合成为所述GNSS-R反射射频信号；
所述射频信号处理电路具体包括：
GNSS掩星射频信号处理子电路、GNSS-R反射射频信号处理子电路以及GNSS直达射频信号处理子电路，其中：
所述GNSS掩星射频信号处理子电路，分别与所述一体化天线阵列以及所述数字信号处理电路相连；所述GNSS-R反射射频信号处理子电路，分别与所述一体化天线阵列以及所述数字信号处理电路相连；所述GNSS直达射频信号处理子电路，分别与所述GNSS直达天线以及所述数字信号处理电路相连；
所述GNSS掩星射频信号处理子电路、GNSS-R反射射频信号处理子电路以及GNSS直达射频信号处理子电路中均包括：相连的放大滤波电路以及射频处理芯片；
所述放大滤波电路，与所述一体化天线阵列或者所述GNSS直达天线相连，用于对接收到的GNSS掩星射频信号、GNSS-R反射射频信号或者GNSS直达射频信号进行放大滤波处理；
所述射频处理芯片，与所述数字信号处理电路相连，用于将放大滤波处理后的射频信号处理为数字基带信号；
所述数字信号处理电路包括：相连接的SRAM型FPGA以及SOC处理器，其中：
所述SRAM型FPGA，分别与所述GNSS掩星射频信号处理子电路、GNSS-R反射射频信号处理子电路以及所述反熔丝FPGA相连，用于根据通过所述反熔丝FPGA载入的掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件或者单一反射探测功能的位流文件，对接收的所述GNSS掩星数字基带信号，和/或所述GNSS-R反射数字基带信号进行预处理后，发送至所述SOC处理器；
所述SOC处理器，分别与所述GNSS直达射频信号处理子电路以及所述反熔丝FPGA相连，用于根据通过所述反熔丝FPGA载入的标准位流文件，对接收的GNSS直达数字基带信号进行预处理后，对预处理后的所述GNSS直达数字基带信号，以及接收到的预处理后的所述GNSS掩星数字基带信号，和/或所述GNSS-R反射数字基带信号，进行解析处理。
2.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于：
所述反熔丝FPGA通过SelectMAP接口，与所述SRAM型FPGA、所述SOC处理器以及所述FLASH存储器进行数据交互；
所述SRAM型FPGA与所述SOC处理器之间通过AIX接口进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，所述反熔丝FPGA包括地上遥测总线接口，所述地上遥测总线接口用于与地上遥测总线相连，并通过所述地上遥测总线接收所述地上遥测指令；
其中，所述地上遥测指令包括：掩星探测与反射探测全功能启动指令、单一掩星探测功能启动指令以及单一反射探测功能启动指令。
4.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于：
所述标准功能的位流文件存储于所述FLASH存储器中的CE0存储空间中；
所述掩星探测与反射探测全功能的位流文件存储于所述FLASH存储器中的CE1存储空间中；
所述单一掩星探测功能的位流文件存储于所述FLASH存储器中的CE2存储空间中；
所述单一反射探测功能的位流文件存储于所述FLASH存储器中的CE3存储空间中。
5.一种基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化方法，应用于如权利要求1-4任一项所述的基于浮空器的集成掩星与反射探测的一体化装置中，其特征在于，包括：
反熔丝FPGA在检测到上电启动指令时，获取地上遥测指令进行指令解析；
所述反熔丝FPGA根据对所述地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路，以使所述数字信号处理电路根据载入的位流文件，执行匹配的掩星探测，和/或反射探测功能；
其中，所述FLASH存储器，用于存储掩星探测与反射探测全功能的位流文件、单一掩星探测功能的位流文件、单一反射探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件；
所述数字信号处理电路具体包括：相连接的SRAM型FPGA以及SOC处理器；
所述反熔丝FPGA根据对所述地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路，包括：
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为无指令信息或者掩星探测与反射探测全功能启动指令，则从所述FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至所述SOC处理器，并从所述FLASH存储器中获取掩星探测与反射探测全功能的位流文件加载至所述SRAM型FPGA；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令，则从所述FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至所述SOC处理器，并从所述FLASH存储器中获取单一掩星探测功能的位流文件加载至所述SRAM型FPGA；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为单一反射探测功能启动指令，则从所述FLASH存储器中获取标准功能的位流文件加载至所述SOC处理器，并从所述FLASH存储器中获取单一反射探测功能的位流文件加载至所述SRAM型FPGA。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述反熔丝FPGA根据对所述地上遥测指令的指令解析结果，从FLASH存储器中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路之后，还包括：
所述反熔丝FPGA在正常运行过程中，如果检测到新的地上遥测指令，则对所述新的地上遥测指令进行指令解析；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为掩星探测与反射探测全功能启动指令，且当前开启的探测功能为掩星探测功能或者反射探测功能，则从所述FLASH存储器中获取掩星探测与反射探测全功能的位流文件加载至所述SRAM型FPGA，并对所述SOC处理器以及所述SRAM型FPGA进行复位处理；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为单一掩星探测功能启动指令，且当前开启的探测功能为掩星探测与反射探测全功能或者反射探测功能，则从所述FLASH存储器中获取单一掩星探测功能的位流文件加载至所述SRAM型FPGA，并对所述SOC处理器以及所述SRAM型FPGA进行复位处理；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为单一反射探测功能启动指令，且当前开启的探测功能为掩星探测与反射探测全功能或者掩星探测功能，则从所述FLASH存储器中获取单一反射探测功能的位流文件加载至所述SRAM型FPGA，并对所述SOC处理器以及所述SRAM型FPGA进行复位处理。
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