CN109001764A - 基于浮空器的掩星探测系统及方法 - Google Patents

基于浮空器的掩星探测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于浮空器的掩星探测系统及方法。所述系统包括：GNSS掩星天线阵列、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；GNSS掩星天线阵列，与射频信号处理电路相连，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，FLASH存储器，用于存储位流文件。本发明实施例的技术方案，通过解析遥测指令选择给SOC处理器加载不同功能的位流文件，快速切换电离层掩星探测功能和大气层掩星探测功能，实现对重点区域进行重点观测。

Description

基于浮空器的掩星探测系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及空间探测技术，尤其涉及一种基于浮空器的掩星探测系统及方法。
背景技术
近几年，GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)在全球各国发展迅速，其中航天产业在多个领域已经步入了商业化进程，GNSS遥感技术应用得到了突破性进展。GNSS遥感技术是利用无线电波在地球大气中传播，或被地物反射后的信号幅度、相位等物理量的变化，来反演地球大气、海洋和土壤等气象要素。GNSS掩星探测的反演产品为电离层与大气参数。电离层反演产品包括电离层电子密度廓线与电离层闪烁指数，大气反演产品包括大气折射率、密度、压力、温度、湿度廓线，它具有成本低、获取数据量丰富快速、测量精度高等突出特点，应用前景极其广阔。目前GNSS掩星探测是利用安装在浮空器或者地球低轨道卫星上的GNSS掩星接收机、直达天线、一副前向掩星天线、一副后向掩星天线和一副大气掩星天线独立实现的。特别的，现有的一些浮空器，例如，近空间飞艇或者空间飞艇，其飞行高度可以高大100公里。在实际应用时，可以通过调整浮空器的飞行高度，使得浮空器对大气层掩星信号或者电离层掩星信号进行探测。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在掩星通道分配少、重量大、发射成本高、不能实现重点区域重点观测的弊端，国内针对GNSS掩星探测，轻量化、低成本、多用途的研究，还处于初步研究阶段，相关资料较少，远远落后于NASA(National Aeronauticsand Space Administration,美国国家航空航天局)和ESA(European Space Agency,欧洲航天局)的研究水平。
发明内容
本发明实施例提供一种基于浮空器的掩星探测系统及方法，以实现通过解析遥测指令选择给处理电路加载不同功能的位流文件，快速切换电离层掩星探测功能和大气层掩星探测功能，对重点区域进行重点观测。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于浮空器的掩星探测系统，包括：
GNSS掩星天线阵列、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(Field Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)以及FLASH存储器；
所述GNSS掩星天线阵列，与所述射频信号处理电路相连，用于接收GNSS掩星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，用于接收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掩星射频信号和GNSS直达射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号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加载至所述数字信号处理电路；
所述FLASH存储器，用于存储多通道电离层掩星探测功能的位流文件、多通道大气层掩星探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
可选的，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GNSS掩星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GNSS掩星天线阵列或者所述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。
可选的，所述数字信号处理电路包括：SOC处理器的PS部分以及PL部分，其中：
所述SOC处理器的PL部分，分别与所述GNSS掩星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载入的多通道电离层掩星探测功能的位流文件或者多通道大气层掩星探测功能的位流文件，将接收的所述GNSS掩星数字基带信号处理为GNSS掩星电离层数字基带信号，或者GNSS掩星大气层数字基带信号，并进行数字预处理后，发送至所述SOC处理器的PS部分；
所述SOC处理器的PS部分，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数字预处理后，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掩星电离层数字基带信号，或者所述GNSS掩星大气层数字基带信号，进行数字解析处理。
可选的，所述GNSS掩星天线阵列包括：1*4天线阵列以及GNSS掩星射频信号合成单元；所述1*4天线阵列中的各天线分别与所述GNSS掩星射频信号合成单元相连；
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所述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天线接收的信号合成为所述GNSS掩星射频信号。
可选的，所述反熔丝FPGA通过SelectMAP接口，与所述SOC处理器的PL部分、所述SOC处理器的PS部分以及所述FLASH存储器进行数据交互。
可选的，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：电离层掩星探测功能启动指令以及大气层掩星探测功能启动指令。
可选的，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；
所述多通道电离层掩星探测功能的位流文件存储于所述FLASH存储器中的CE1存储空间中；
所述多通道大气层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。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于浮空器的掩星探测方法，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，以使所述信号处理电路根据载入的位流文件，执行匹配的掩星探测功能；
其中，所述FLASH存储器，用于存储多通道电离层掩星探测功能的位流文件、多通道大气层掩星探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
可选的，所述数字信号处理电路具体包括：SOC处理器的PS部分以及PL部分；
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电离层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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道电离层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为大气层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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道大气层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分。
可选的，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电离层掩星探测功能启动指令，且当前开启的掩星探测功能为大气层掩星探测功能，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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道电离层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分，并对所述SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为大气层掩星探测功能启动指令，且当前开启的掩星探测功能为电离层掩星探测功能，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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道大气层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分，并对所述SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理。
本发明实施例通过反熔丝FPGA接收地上遥测总线指令，通过解析指令选择给SOC处理器加载不同功能的位流文件，快速切换电离层掩星探测和大气层掩星探测功能，解决了掩星通道分配少、重量大、发射成本高、不能实现重点区域重点观测的问题，实现了实时可灵活配置掩星通道，对重点区域重点观测的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种基于浮空器的掩星探测系统的结构框图；
图2a是本发明实施例二中的一种基于浮空器的掩星探测系统的结构框图；
图2b是本发明实施例二中的遥测指令解析流程图；
图2c是本发明实施例二中的FLASH存储器存储位流文件分配图；
图3是本发明实施例三中的一种基于浮空器的掩星探测方法的流程图。
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掩星探测系统的结构框图，本实施例可适用于通过遥测指令快速切换电离层掩星探测和大气层掩星探测功能，实现实时可灵活配置掩星通道，对重点区域重点观测的情况。如图1所示，该系统包括：
GNSS掩星天线阵列110、GNSS直达天线120、射频信号处理电路130、数字信号处理电路140、反熔丝FPGA150以及FLASH存储器160。
需要说明的是，本发明实施例提供的掩星探测系统可以配置在浮空器上，以实现上述掩星探测功能，其中，特别的所述浮空器可以为飞艇(近空间飞艇或者空间飞艇)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。
所述GNSS掩星天线阵列110，与所述射频信号处理电路130相连，用于接收GNSS掩星射频信号发送至所述射频信号处理电路130；
所述GNSS直达天线120，与所述射频信号处理电路130相连，用于接收GNSS直达射频信号发送至所述射频信号处理电路130；
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120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。
所述射频信号处理电路130，与所述数字信号处理电路140相连，用于将接收到的GNSS掩星射频信号和GNSS直达射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号发送至所述数字信号处理电路140；
其中，射频信号处理电路130用于将从GNSS掩星天线阵列110以及GNSS直达天线120端接收到的射频信号处理为数字基带信号，且射频信号处理电路130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140中。
所述数字信号处理电路140，与所述反熔丝FPGA150相连，用于通过所述反熔丝FPGA150载入位流文件，并根据所述位流文件对接收的所述GNSS掩星数字基带信号以及所述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140根据通过反熔丝FPGA150载入的位流文件判断目前的工作模式，在本实施例中的掩星探测系统中，有两种工作模式，即电离层掩星探测功能的工作模式以及大气层掩星探测功能的工作模式，数字信号处理电路140根据载入的位流文件类型确定工作模式后，接收GNSS直达数字基带信号，并将GNSS掩星数字基带信号采集处理为匹配的掩星探测信息，例如，当工作在电离层掩星探测功能的工作模式时，数字信号处理电路140将GNSS掩星数字基带信号采集处理为GNSS掩星电离层数字基带信号；当工作在大气层掩星探测功能的工作模式时，数字信号处理电路140将GNSS掩星数字基带信号采集处理为GNSS掩星大气层数字基带信号。
同时，数字信号处理电路140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130的电路参数进行设置，以使射频信号处理电路130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。
所述反熔丝FPGA 150，与所述FLASH存储器160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160中获取匹配的位流文件加载至所述数字信号处理电路140；
其中，反熔丝FPGA150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掩星探测系统的工作模式，从而从FLASH存储器160中选择对应的位流文件加载至数字信号处理电路140，且当地上遥测指令变化时，反熔丝FPGA150可以根据指令解析结果对数字信号处理电路140进行刷新，确保数字信号处理电路140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FPGA150确定指令解析结果为电离层掩星探测功能启动指令，则从FLASH存储器160中获取与电离层掩星探测功能关联的位流文件并加载至数字信号处理电路140，而后地上遥测指令变化，根据反熔丝FPGA150实时解析结果确定地上遥测指令变为大气层掩星探测功能启动指令，则从FLASH存储器160中获取与大气层掩星探测功能匹配的位流文件并加载至数字信号处理电路140，并对数字信号处理电路140进行复位，使掩星探测系统工作在大气层掩星探测功能的工作模式下，可选的，当反熔丝FPGA150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电离层掩星探测功能的工作模式，从而加载匹配的位流文件到数字信号处理电路140。
所述FLASH存储器160，用于存储多通道电离层掩星探测功能的位流文件、多通道大气层掩星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；多通道电离层掩星探测功能的位流文件用于执行电离层掩星探测功能工作模式的工作任务，对应执行将GNSS掩星数字基带信号采集处理为GNSS掩星电离层数字基带信号后，进行对该GNSS掩星电离层数字基带信号的预处理的操作；多通道大气层掩星探测功能的位流文件用于执行大气层掩星探测功能工作模式的工作任务，对应执行将GNSS掩星数字基带信号采集处理为GNSS大气电离层数字基带信号后，进行对该GNSS掩星大气层数字基带信号的预处理的操作。
其中，本实施例的完成信号流程如下：GNSS掩星天线阵列110生成GNSS掩星射频信号并发送给射频信号处理电路130，GNSS直达天线120生成GNSS直达射频信号并发送给射频信号处理电路130，射频信号处理电路130对接收的射频信号进行处理生成数字基带信号，并发送给数字信号处理电路140，反熔丝FPGA150地上实时接收并解析地上遥测指令，根据遥测指令结果的解析结果，从FLASH存储器160中获取匹配的位流文件加载至数字信号处理电路140，数字信号处理电路140根据载入的位流文件，对接收的数字基带信号进行对应信号的采集(GNSS掩星电离层数字基带信号或者GNSS掩星大气层数字基带信号)、预处理以及数字解析处理，得到执行匹配的掩星探测功能所需的参数。
现有技术实现GNSS掩星探测需要GNSS掩星接收机、直达天线、一副前向掩星天线、一副后向掩星天线和一副大气掩星天线，与现有技术相比，本发明实施例的技术方案在保证实现GNSS掩星探测功能正常执行的同时，减少了所需要的器件数量，解决了现有技术中掩星探测所需的硬件资源以及天线资源重量大、发射成本高的问题。在本发明实施例中，通过反熔丝FPGA接收地上遥测总线指令，通过解析指令选择给SOC处理器加载不同功能的位流文件，快速切换电离层掩星探测和大气层掩星探测功能，解决了掩星通道分配少、不能实现重点区域重点观测的问题，实现了实时灵活配置掩星通道，对重点区域重点观测的效果。
实施例二
如图2a所示，在本实施例中，给出了一种具体的基于浮空器的掩星探测系统的结构框图。
在本发明实施例中，可选的，基于上述的掩星探测系统，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131以及GNSS直达射频信号处理子电路132。
GNSS掩星射频信号处理子电路131，分别与GNSS掩星天线阵列110以及数字信号处理电路140相连，所述GNSS直达射频信号处理子电路132，分别与所述GNSS直达天线120以及所述数字信号处理电路140相连，GNSS掩星射频信号处理子电路131以及GNSS直达射频信号处理子电路132中均包括：相连的放大滤波电路1321以及射频处理芯片1322。
可选的，放大滤波电路1321由至少一个放大器和至少一个滤波器组成，该放大滤波电路1321的输入端与GNSS掩星天线阵列110相连，可以对接收到的GNSS掩星射频信号进行低噪声放大和射频滤波处理；射频处理芯片1322与数字信号处理电路140相连，可以将经过放大滤波电路1321处理后的射频信号处理为数字基带信号，并将该数字基带信号发送至所述数字信号处理电路140进行数字信号处理。
其中，射频处理芯片中包括多个可配置参数，例如，接收信号频带范围或者放大倍数的等参数，上述可配置参数可以由相连接的数字信号处理电路140进行设置。
可选的，所述数字信号处理电路140，可以为SOC处理器，特别的，可以选择高性能的SOC处理器。其中，所述SOC处理器包括PS部分142以及PL部分141。
在本发明实施例中，SOC处理器可以包括Xilinx公司的Zynq-7000系列SOC处理器，其集成了ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性，可以实现重要分析与硬件加速。Zynq-7000系列SOC处理器至少包含PS(Processing System,处理系统)部分和PL(Progarmmable Logic,可编程逻辑)部分，其中，PS部分142即为SOC处理器中与FPGA(FieldProgrammable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)无关的ARM部分，PL部分141即为FPGA部分。FPGA部分可以包括Xilinx公司的Xilinx SoC、MPSoC和RFSoC等系列FPGA以及其他公司生产制造的可支持烧录位流文件等类型的FPGA。
SOC处理器的PL部分141，分别与GNSS掩星射频信号处理子电路131以及反熔丝FPGA150相连，其可以根据通过反熔丝FPGA150载入的多通道电离层掩星探测功能的位流文件或者多通道大气层掩星探测功能的位流文件，将接收的所述GNSS掩星数字基带信号处理为GNSS掩星电离层数字基带信号，或者GNSS掩星大气层数字基带信号，并进行数字预处理后，发送至所述SOC处理器的PS部分142。
SOC处理器的PS部分142，分别与GNSS直达射频信号处理子电路132以及反熔丝FPGA150相连，其可以根据通过所述反熔丝FPGA150载入的标准位流文件，对接收的GNSS直达数字基带信号进行数字预处理，并对预处理后的GNSS直达数字基带信号，以及接收到的预处理后的GNSS掩星电离层数字基带信号，或者GNSS掩星大气层数字基带信号，进行数字解析处理。
其中，SOC处理器的PS部分142对预处理后的数字基带信号进行数字解析处理，包括：SOC处理器的PS部分142对采集的掩星事件进行数据采集，得到执行匹配的掩星探测功能所需的参数。其中，执行电离层掩星探测需要的参数包括：电离层电子密度廓线与电离层闪烁指数，执行大气层掩星探测需要的参数包括：大气折射率、密度、压力、温度以及湿度廓线。
在本发明实施例的一个实施方式中，可选的，基于上述的掩星探测系统，所述GNSS掩星天线阵列110包括：1*4天线阵列111以及GNSS掩星射频信号合成单元112；其中，1*4天线阵列111中的各天线分别与GNSS掩星射频信号合成单元112相连，GNSS掩星射频信号合成单元112包括GNSS掩星天线合成网络，其可以将1*4天线阵列111中的各天线接收的信号合成为GNSS掩星射频信号。GNSS掩星天线合成网络与GNSS掩星射频信号处理子电路131相连，通过GNSS掩星射频信号处理子电路131对合成的GNSS掩星射频信号进行放大滤波处理。
在本发明实施例中，通过使用GNSS直达天线120可以实现GNSS定位定轨功能，GNSS定位功能可以为GNSS电离层掩星探测和GNSS大气层掩星探测提供定位信息和时间基准，并且在GNSS电离层掩星探测和GNSS大气层掩星探测功能切换时，GNSS定位功能也不中断。
在本发明实施例的一个实施方式中，可选的，基于上述的掩星探测系统，反熔丝FPGA150通过SelectMAP接口170，与SOC处理器的PL部分141、SOC处理器的PS部分142以及FLASH存储器160进行数据交互。
在本实施例中，反熔丝FPGA150可以包括Actel公司的A54SX72系列反熔丝FPGA，具有接收指令、系统监控和对SOC处理器刷新的功能。如图2b所示，反熔丝FPGA150包括地上遥测总线接口151与地上遥测指令解析单元152，地上遥测总线接口151与地上遥测总线170相连，并通过地上遥测总线170接收地上遥测指令；地上遥测指令解析单元152与地上遥测总线接口151相连，并对接收的地上遥测指令进行解析；其中，地上遥测指令包括：电离层掩星探测功能启动指令以及大气层掩星探测功能启动指令。在本实施例中，反熔丝FPGA150通过地上遥测总线接口151实时接收地上遥测指令，通过地上遥测指令解析单元152对接收的地上遥测指令进行解析，根据解析的遥测指令结果，通过SelectMAP接口180，从FLASH存储器160中选择不同功能的位流文件分别加载给SOC处理器的PL部分141和SOC处理器的PS部分142，实现实时刷新系统的工作模式。
可选的，所述地上遥测总线170用于和一个或者多个地上遥测指令的发射装置(例如，地面控制站)相连。
其中，工作模式包括电离层掩星探测模式以及大气层掩星探测模式。其中，电离层掩星探测模式是将SOC处理器中的PL部分硬件资源分配给GNSS电离层掩星探测通道；大气层掩星探测模式是将SOC处理器中PL部分硬件资源分配给GNSS大气层掩星探测通道。通过根据工作模式分配探测通道而不是将探测通道分配给两种不同的探测模式，可以实现针对同一工作模式，能够有更多的数字相关通道进行数据采集预处理，采集更多的掩星事件，实现对特殊区域精密探测。
可选的，如图2c所示，FLASH存储器160中需要事先存储程序文件，其中，FLASH存储器160的CE0存储空间161中存储标准功能的位流文件，CE1存储空间162中存储多通道电离层掩星探测功能的位流文件，CE2存储空间163中存储多通道大气层掩星探测功能的位流文件，其中，FLASH存储器160中的位流文件可以通过SelectMAP接口加载到SOC处理器。
其中，FLASH存储器6中设置有至少三个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；多通道电离层掩星探测功能的位流文件执行电离层掩星探测功能工作模式的工作任务；多通道大气层掩星探测功能的位流文件用于执行大气层掩星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。
实施例三
图3是本发明实施例三中提供的一种基于浮空器的掩星探测方法的流程图，应用于本发明任意实施例所述的基于浮空器的掩星探测系统中。本实施例可适用于通过反熔丝FPGA接收地上遥测总线指令，通过解析指令选择给SOC处理器加载不同功能的位流文件，快速切换电离层掩星探测和大气层掩星探测功能的情况。如图3所示，该方法包括：
步骤310、获取并解析地上遥测指令；
在本实施例中，当检测到上电启动指令时，反熔丝FPGA获取地上遥测指令，并对地上遥测指令进行指令解析。
步骤320、根据指令解析结果，给数字信号处理电路加载对应的位流文件，执行匹配的掩星探测功能；
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功能；
其中，FLASH存储器中存储有多通道电离层掩星探测功能的位流文件、多通道大气层掩星探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
本发明实施例的技术方案，通过反熔丝FPGA接收地上遥测总线指令，通过解析指令选择给SOC处理器加载不同功能的位流文件，快速切换电离层掩星探测和大气层掩星探测功能，解决了不能对重点区域重点观测的问题，实现了实时灵活配置掩星通道，对重点区域重点观测的效果。
在本发明实施例的一个实施方式中，可选的，在上述的基于浮空器的掩星探测方法的基础上，反熔丝FPGA获取地上遥测指令，并对地上遥测指令进行指令解析，包括：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并对指令进行解析。
可选的，在上述基于浮空器的掩星探测方法的基础上，反熔丝FPGA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：反熔丝FPGA通过SelectMAP接口从FLASH存储器中获取匹配的位流文件，并通过SelectMAP接口将匹配的位流文件加载至数字信号处理电路。
可选的，在上述基于浮空器的掩星探测方法的基础上，数字信号处理电路可以是高性能SOC处理器，高性能SOC处理器包括PS部分以及PL部分；
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，包括：
反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为无指令信息或者电离层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处理器的PS部分，并从FLASH存储器中获取多通道电离层掩星探测功能的位流文件加载至SOC处理器的PL部分；
其中，所述无指令信息的情况即为在地上遥控指令中未解析出任何指令内容。
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；如果确定指令解析结果为电离层掩星探测功能启动指令，且当前开启的掩星探测功能为大气层掩星探测功能，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处理器的PS部分，并从FLASH存储器中获取多通道电离层掩星探测功能的位流文件加载至SOC处理器的PL部分，并对所述SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理；如果确定指令解析结果为大气层掩星探测功能启动指令，且当前开启的掩星探测功能为电离层掩星探测功能，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处理器的PS部分，并从FLASH存储器中获取多通道大气层掩星探测功能的位流文件加载至SOC处理器的PL部分，并对SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理。
其中，对SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理，目的是让SOC处理器的PS部分以及PL部分能够执行新的操作，不再执行之前的功能。
在本发明实施例中，当检测到上电启动指令时，反熔丝FPGA首先判断地上遥测总线是否有遥测指令，若没有解析到针对该系统的遥测指令，则依次执行下列操作：首先给SOC处理器的PS部分加载FLASH程序存储器中CE0存储空间中的标准功能的位流文件，然后给SOC处理器的PL部分加载FLASH存储器中CE1存储空间中的多通道电离层掩星探测功能的位流文件。
在执行上述操作过程中或者执行完成后，反熔丝FPGA检测到新的遥测总线指令，且指令解析结果为电离层掩星探测功能启动指令时，保持当前系统运行状态不变；反熔丝FPGA如果确定指令解析结果为大气层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处理器的PS部分，并从FLASH存储器的CE2存储空间中获取多通道大气层掩星探测功能的位流文件加载至SOC处理器的PL部分，并对SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理。
在本发明实施例中，若检测到遥测总线指令并解析为大气层掩星探测功能启动指令时，反熔丝FPGA选择FLASH存储器中CE2存储空间中的多通道大气层掩星探测功能的位流文件，通过SelectMP专用接口加载到SOC处理器的PL部分，对SOC处理器的PL部分进行快速刷新，以快速实现功能变更，实现对某区域的重点观测任务。
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 (10)

1.一种基于浮空器的掩星探测系统，其特征在于，包括：
GNSS掩星天线阵列、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GNSS掩星天线阵列，与所述射频信号处理电路相连，用于接收GNSS掩星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，用于接收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掩星射频信号和GNSS直达射频信号处理为GNSS掩星数字基带信号以及GNSS直达数字基带信号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加载至所述数字信号处理电路；
所述FLASH存储器，用于存储多通道电离层掩星探测功能的位流文件、多通道大气层掩星探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
2.根据权利要求1所述的掩星探测系统，其特征在于，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GNSS掩星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GNSS掩星天线阵列或者所述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。
3.根据权利要求2所述的掩星探测系统，其特征在于，所述数字信号处理电路包括：SOC处理器的PS部分以及PL部分，其中：
所述SOC处理器的PL部分，分别与所述GNSS掩星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载入的多通道电离层掩星探测功能的位流文件或者多通道大气层掩星探测功能的位流文件，将接收的所述GNSS掩星数字基带信号处理为GNSS掩星电离层数字基带信号，或者GNSS掩星大气层数字基带信号，并进行数字预处理后，发送至所述SOC处理器的PS部分；
所述SOC处理器的PS部分，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数字预处理后，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掩星电离层数字基带信号，或者所述GNSS掩星大气层数字基带信号，进行数字解析处理。
4.根据权利要求1-3任一项所述的掩星探测系统，其特征在于，所述GNSS掩星天线阵列包括：1*4天线阵列以及GNSS掩星射频信号合成单元；所述1*4天线阵列中的各天线分别与所述GNSS掩星射频信号合成单元相连；
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所述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天线接收的信号合成为所述GNSS掩星射频信号。
5.根据权利要求3所述的掩星探测系统，其特征在于：
所述反熔丝FPGA通过SelectMAP接口，与所述SOC处理器的PL部分、所述SOC处理器的PS部分以及所述FLASH存储器进行数据交互。
6.根据权利要求1-3任一项所述的掩星探测系统，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：电离层掩星探测功能启动指令以及大气层掩星探测功能启动指令。
7.根据权利要求1-3任一项所述的掩星探测系统，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；
所述多通道电离层掩星探测功能的位流文件存储于所述FLASH存储器中的CE1存储空间中；
所述多通道大气层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。
8.一种基于浮空器的掩星探测方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的基于浮空器的掩星探测系统中，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，以使所述信号处理电路根据载入的位流文件，执行匹配的掩星探测功能；
其中，所述FLASH存储器，用于存储多通道电离层掩星探测功能的位流文件、多通道大气层掩星探测功能的位流文件以及标准功能的位流文件。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数字信号处理电路具体包括：SOC处理器的PS部分以及PL部分；
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电离层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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道电离层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为大气层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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道大气层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分。
10.根据权利要求8或9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电离层掩星探测功能启动指令，且当前开启的掩星探测功能为大气层掩星探测功能，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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道电离层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分，并对所述SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理；
所述反熔丝FPGA如果确定所述指令解析结果为大气层掩星探测功能启动指令，且当前开启的掩星探测功能为电离层掩星探测功能，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处理器的PS部分，并从所述FLASH存储器中获取多通道大气层掩星探测功能的位流文件加载至所述SOC处理器的PL部分，并对所述SOC处理器的PS部分以及PL部分进行复位处理。
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