CN109061682A - 适用于浮空器的掩星探测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种适用于浮空器的掩星探测系统及方法。其中，掩星探测系统，包括：定位天线、掩星接收天线、射频处理装置和掩星处理装置；射频处理装置，用于获取定位天线和掩星接收天线接收到的GNSS信号，并对GNSS信号进行中频处理，得到数字中频信号；掩星处理装置包括SOC；FPGA用于根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM；ARM用于根据原始测量数据，得到掩星探测结果，本发明实施例采用高性能SOC芯片以及其上搭载的FPGA+ARM架构，实现探测系统小型化、高集成、标准化以及低成本设计，适用于多种体积的浮空器，提高空间资源利用率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及空间探测技术，尤其涉及一种适用于浮空器的掩星探测系统及方法。
背景技术
随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的日臻完善，GNSS遥感技术应运而生，并得到了长足的发展。GNSS遥感技术是利用无线电波在地球大气中传播，反射后的信号幅度、相位等物理量的变化，来反演地球大气等气象要素。在GNSS掩星事件过程中，穿过地球大气剖面的GNSS导航信号由于受到大气层水汽密度等影响而发生传播特性的变化，通过对GNSS掩星观测数据的幅度与相位延迟信息进行处理，可以反演得到0km～60km高度的中性大气温湿压廓线以及90km～卫星高度的电离层电子密度廓线。运用GNSS掩星探测技术可实现地球大气层探测，具有高精度、高垂直分辨率、长期稳定、全球覆盖、全天候探测等优势，其探测资料对数值天气预报、气候与全球变化研究、临近空间环境监测与研究等具有重要的科学意义。
自1995年美国的GPS/MET掩星计划成功实施以来，多个国家竞相发展自己的掩星计划，目前已实施的掩星计划有20多个，如COSMIC、CHAMP、MetOp-A等。近年来，适用于浮空器的掩星探测系统得到了迅速发展。但是，现有的掩星探测系统受自身结构的局限，只能接收某一单独的GNSS系统所发射的信号，导致适用的浮空器有限，能够探测的掩星事件有限，空间资源利用率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种适用于浮空器的掩星探测系统及方法，以适用于更多的浮空器，探测到更多的掩星事件，提高空间资源利用率。
第一方面，本发明实施例提供了一种适用于浮空器的掩星探测系统，包括：定位天线、掩星接收天线、射频处理装置和掩星处理装置；
所述射频处理装置，用于获取定位天线和掩星接收天线接收到的全球导航卫星系统GNSS信号，并对所述GNSS信号进行中频处理，得到数字中频信号；
所述掩星处理装置包括系统级芯片SOC，所述SOC搭载现场可编程门阵列FPGA和高级精简指令集机器ARM；
所述FPGA，用于根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM；
所述ARM，用于根据所述原始测量数据，得到掩星探测结果。
第二方面，本发明实施例还提供了一种掩星探测方法，适用于任一项实施例所述的适用于浮空器的掩星探测系统，包括：
FPGA根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM，其中，数字中频信号通过射频处理装置获取定位天线和掩星接收天线接收到的全球导航卫星系统GNSS信号，并对GNSS信号进行中频处理而得到；
所述ARM根据所述原始测量数据，得到掩星探测结果，其中，掩星处理装置包括系统级芯片SOC，SOC搭载现场可编程门阵列FPGA和高级精简指令集机器ARM。
本发明实施例采用高性能SOC芯片以及其上搭载的FPGA+ARM架构，替代传统的FPGA+DSP架构，实现探测系统小型化、高集成、标准化以及低成本设计，适用于多种体积的浮空器，能够接收多个GNSS系统发射的信号，进而探测到较多的掩星事件，提高空间资源利用率；同时还可以降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种掩星探测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种板卡结构示意图；
图3a是本发明实施例三提供的一种SOC的结构示意图；
图3b是本发明实施例三提供的掩星处理装置的结构示意图；
图4a是本发明实施例四提供的一种掩星探测系统的结构示意图；
图4b是本发明实施例四提供的一种射频处理装置的结构示意图；
图4c是本发明实施例四提供的另一种射频处理装置的结构示意图；
图5a是本发明实施例五提供的掩星接收天线指向示意图；
图5b是本发明实施例五提供的掩星接收天线的安装角度示意图；
图6是本发明实施例六提供的一种掩星探测方法的流程图。
其中，10、定位天线；11、前向掩星接收天线；12、后向掩星接收天线；20、射频处理装置；201、放大电路；2011、第一放大电路；2012、第二放大电路；2013、第三放大电路；202、功分电路；2021、第一功分电路；2022、第二功分电路；2023、第三功分电路；203、选频滤波器；2031、第一滤波器；2032、第二滤波器；2033、第三滤波器；2034、第四滤波器；204、射频芯片；2041、GPS专用射频芯片；2042、BD专用射频芯片；30、掩星处理装置；301、SOC；3011、FPGA；3012、ARM；3013、数字相关器；3014、总线扩展接口逻辑；3015、导航定位模块；3016、高精度定轨模块；3017、对外数据接口模块；302、看门狗；303、FLASH存储器；304、SRAM；305、时钟；306、总线接口；40、对外接口；50、晶振；60、外部时钟；51、第一电容；61、第二电容；70、连接器；80、滤波电路。
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
为解决现有掩星探测系统适用浮空器有限的技术问题，提出一种适用于浮空器的、用于大气层廓线探测的GNSS无线电掩星探测系统。图1是本发明实施例一提供的一种掩星探测系统的结构示意图。结合图1，掩星探测系统包括：定位天线10、掩星接收天线、射频处理装置20和掩星处理装置30。
其中，定位天线10用于探测并接收GNSS卫星发射的来自天顶的GNSS信号。掩星接收天线包括前向掩星接收天线11和后向掩星接收天线12，前向掩星接收天线11包括前向大气掩星天线，后向掩星接收天线12包括后向大气掩星天线。基于此，掩星接收天线用于探测并接收GNSS卫星发射的穿过大气层的GNSS信号。
具体地，前向掩星接收天线11和后向掩星接收天线12分别接收上升掩星信号(包括穿过大气层的上升掩星信号)和下降掩星信号(包括穿过大气层的下降掩星信号)。上升掩星信号是初始被地球遮挡的GNSS卫星仰角为负角度，随着时间的进行，仰角逐渐上升变大过程中的接收信号。下降掩星信号是指运动的GNSS卫星仰角逐渐减小，最后被地球遮挡过程中的接收信号。例如，在由多颗卫星组成的GPS系统中，每颗卫星相对于定位天线10和掩星接收天线的位置是实时变化的。如果卫星的仰角大于0度，为直接信号，由定位天线10接收。如果仰角小于0度，为掩星信号，再通过掩星接收天线的接收信号的角度范围判断由前向掩星接收天线11还是由后向掩星接收天线12接收。
射频处理装置20与定位天线10和掩星接收天线连接，用于获取定位天线10和掩星接收天线接收到的GNSS信号，该GNSS信号也是射频信号，并对GNSS信号进行中频处理，得到数字中频信号。射频处理装置20与掩星处理装置30连接，用于将数字中频信号输入至掩星处理装置30中。
掩星处理装置30包括系统级芯片(System on Chip，SOC)301，SOC301搭载现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)3011和高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines，ARM)3012。
FPGA3011用于根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM3012；ARM3012用于根据原始测量数据，得到掩星探测结果。可选地，原始测量数据包括导航卫星星号、载波、伪距以及信噪比。
本发明实施例采用高性能SOC芯片以及其上搭载的FPGA+ARM架构，替代传统的FPGA+DSP架构，实现探测系统小型化、高集成、标准化以及低成本设计，适用于多种体积的浮空器，能够接收多个GNSS系统发射的信号，进而探测到较多的掩星事件，提高空间资源利用率；同时还可以降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种板卡结构示意图。掩星处理装置30和射频处理装置20设置在板卡上，掩星处理装置30和射频处理装置20的总尺寸不超过板卡的尺寸；同时，该板卡设置在所载浮空器上。浮空器一般是指比重轻于空气的、依靠大气浮力升空的飞行器，包括但不限于系留气球和飞艇，其中，飞艇包括一般飞艇、平流层飞艇、近空间飞艇和空间飞艇等。
板卡的尺寸与所载浮空器的横截面尺寸之差在预设范围内。可选地，所载浮空器的横截面尺寸为10厘米×10厘米。由于板卡的厚度忽略不计，板卡的尺寸指长×宽，板卡的长和宽与浮空器的横截面尺寸之差在预设范围内即可，预设范围可以根据精度设置，例如±0.02厘米、±0.03厘米。优选地，板卡的尺寸不应超过所载浮空器的横截面尺寸。在一实际场景中，图2示出的板卡尺寸为94.30mm×90.30mm。
可选地，浮空器的横截面尺寸、掩星处理装置30和射频处理装置20的总尺寸，以及板卡的尺寸均小于尺寸阈值，例如10厘米×10厘米，均采用小型化设计，本实施例提供的系统满足小型化需求，同时适用于小体积的浮空器。
实施例三
图3a是本发明实施例三提供的一种SOC的结构示意图。数字中频信号包括多个频率不同的信号。可选地，不同的频率包括：GPS卫星信号1575.42±10.23MHz(L1)频点信号、GPS卫星信号1227.6±10.23MHz(L2)频点、北斗BD 1561.098±2.046MHz(B1)频点以及BD1207.14±10.23MHz(B2)频点。
FPGA3011包括与ARM3012连接的数字相关器3013，数字相关器3013用于对数字中频信号进行混频与数字相关运算，得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM3012。ARM3012用于根据原始测量数据，得到掩星探测结果。
此外，数字相关器3013还用于捕获并跟踪数字中频信号，并对数字中频信号进行混频与数字相关运算，得到通道相关累加量，将通道相关累加量输入至ARM3012。ARM3012接收到通道相关累加量以后，完成鉴频、鉴相操作，再将结果送入通道滤波模块(未示出)，输出通道数字频率控制器(NCO)调整量，即根据通道相关累加量得到数字频率控制器的调整量，并将调整量反馈至FPGA3011。FPGA3011用于根据调整量对本地产生的数字中频频率进行调整。最终ARM3012和FPGA3011完成闭环反馈跟踪环路处理。
可选地，结合图3a，FPGA3011将原始测量数据输入至ARM3012的同时，数字相关器3013完成中断、秒脉冲的产生。其中，中断用来给ARM3012提供中断信号。FPGA3011中的总线扩展接口逻辑3014执行与ARM3012之间的总线桥接，例如CAN、RS422、IPPS总线。可选地，FPGA3011和ARM3012之间采用AXI(Advanced eXtensible Interface)总线协议，当然，不限于此。可选地，总线扩展接口逻辑3014还与对外接口40连接，用于探测项目的调试工作。
ARM3012包括导航定位模块3015以及与导航定位模块3015连接的高精度定轨模块3016。其中，导航定位模块3015用于对原始测量数据进行环路处理，得到定位结果。高精度定轨模块3016用于根据定位结果、原始测量数据和动力学模型，得到定轨结果。高精度定轨模块3016同时完成与对外数据接口模块的桥接功能。
对外数据接口模块3017分别与高精度定轨模块3016和整星(未示出)连接，用于将定位结果和定轨结果发送至整星。此外，对外数据接口模块3017还与星务系统(未示出)和卫星数传系统(未示出)通信连接。对外数据接口模块3017将定轨结果、遥测遥控数据打包发送给星务系统；将科学观测数据按照协议格式打包通过接口发送至卫星数传系统。
图3b是本发明实施例三提供的掩星处理装置的结构示意图。结合图3b，掩星处理装置30除了SOC301之外，还包括看门狗(型号：MAX706)302、FLASH存储器303、静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，SRAM)304、33.3Mhz/50Mhz时钟305等外围电路。其中，FLASH存储器303存放SOC301上ARM3012和FPGA3011的加载程序及星历的参数。看门狗302向ARM3012发送复位(reset)信号，ARM3012向看门狗302发送MDI清狗信号。可选地，FPGA3011连接的总线接口包括RS422、CAN和IPPS总线接口。
图3b中，高性能SOC301的主频为667MHz。ARM3012为双核处理器，作为SOC301的处理系统(Processing System，PS)，即与FPGA3011无关的ARM的SOC的部分。FPGA3011作为SOC的可编程逻辑(Progarmmable Logic，PL)。
本实施例采用高性能SOC的处理方式，FPGA部分完成相关器功能，完成数字中频信号的混频和数字相关运算，输出原始测量数据至ARM，ARM完成信号的环路处理，输出定轨、定位结果至整星星务，信号流程简单，实现了集成化和标准化。本发明实施例提供的掩星探测系统兼容GPS和BDS导航系统，提高了探测能力。同时，采用SOC片上系统设计，实现了掩星探测系统标准化、高集成、小型化及低成本设计，在未来商业航天具有广阔的推广应用前景。
实施例四
图4a是本发明实施例四提供的一种掩星探测系统的结构示意图。图4a示出的系统还包括晶振50和外部时钟60，晶振50通过第一电容51与射频处理装置20和掩星处理装置30相连；或者，外部时钟60通过第二电容61与射频处理装置20和掩星处理装置30相连。具体地，结合图4a，第一电容51和第二电容61通过放大、线分与射频处理装置20中的射频芯片204相连。第一电容51和第二电容61通过放大、线分、整形电路与掩星处理装置30中的SOC301相连。
本实施例提供的掩星探测系统兼容内外钟设计，当整星提供10MHz时钟时，焊接电容C485，可以直接使用外部时钟，如果整星不提供时钟，焊接电容C633，使用系统内部髙稳晶振提供10MHz。兼容设计使掩星探测系统时钟选择更加灵活，满足不同的整星需求。
下面，详细描述射频处理装置20的结构。图4b是本发明实施例四提供的一种射频处理装置的结构示意图，结合图4b，射频处理装置20包括放大电路201、功分电路202、选频滤波器203和射频芯片204。功分电路202分别与放大电路201和选频滤波器203连接，选频滤波器203与射频芯片204连接。
可选地，放大电路201的数量为多个，多个放大电路201的输入端分别连接掩星探测系统中的定位天线10和掩星接收天线，用于对定位天线10和掩星接收天线接收到的射频信号进行放大。
可选地，放大电路201为多级放大电路，例如两级放大电路，图4a所示。在一种应用场景中，如图4a所示，定位天线10、前向掩星接收天线11、后向掩星接收天线12是单射频通道。射频处理装置20共有3个，3个射频处理装置20包括一个定位处理装置，用于处理定位天线10输出的GNSS卫星直达信号。前向射频处理装置处理前向掩星接收天线11输出的GNSS掩星信号，后向射频处理装置处理后向掩星接收天线12输出的GNSS掩星信号。可选地，前向射频处理装置和后向射频处理装置完全相同。
定位处理装置中的第一放大电路2011连接定位天线10，前向射频处理装置中的第二放大电路2012连接前向掩星接收天线11，后向射频处理装置中的第三放大电路2013连接后向掩星接收天线12。三个放大电路用于放大对应天线接收到的射频信号，亦即GNSS卫星直达信号或者GNSS掩星信号。可选地，放大电路和天线之间还连接有连接器70，例如SMA连接器。
放大电路201对接收到的射频信号进行放大后输入至功分电路202。功分电路202用于对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器203。
本实施例中，功分电路202分出N路射频信号，N路射频信号分别输入至N个选频滤波器203。N个选频滤波器203的选频频点不同，N是自然数。基于此，能够同时从放大电路放大后的射频信号中，选取多个频点。选频滤波器203，用于对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片204。
接着上述应用场景，结合图4a，第一放大电路2011与第一功分电路2021连接，第二放大电路2012与第二功分电路2022连接，第三放大电路2013与第三功分电路2023连接。每个功分电路均连接有第一滤波器2031、第二滤波器2032、第三滤波器2033和第四滤波器2034。选频滤波器203均连接射频芯片204。
射频芯片204，用于根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。
可选地，射频芯片204集成混频器、中频低通滤波器、可变增益放大器、频率合成器以及模数转换器，用于将选频滤波器203输出的信号进行下变频及AD采样处理，得到数字中频信号。在掩星探测系统中，射频芯片204将数字中频信号输入至掩星处理单元。
值得说明的是，本实施例中放大电路201、功分电路202、选频滤波器203和射频芯片204的数量不进行限定。一般情况下，放大电路201与天线一一对应连接，功分电路202与放大电路201一一对应连接，选频滤波器203的数量与功分出的信号数量相同，射频芯片204的数量一般由功能需求决定，本实施例不进行限定。
本实施例中，通过放大电路、功分电路和选频滤波器，对射频信号进行放大、功分、滤波，从而能够同时从放大电路放大后的射频信号中，选取多个频点；通过射频芯片的中频处理，能够同时处理多个频点，并得到多个频点对应的数字中频信号，从而扩大了信号频率范围；而且，通过同时处理多个频点，提高中频处理效率的同时，也提高了数据处理精度，降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。
在一些实施例中，继续结合图4a，功分电路202包括一分四功分器；一分四功分器分别与选频滤波器203中的第一滤波器2031、第二滤波器2032、第三滤波器2033和第四滤波器2034连接。
可选地，功分电路202的频率范围较广，为1215MHz～1900MHz；隔离度强：典型值23dB；插入损耗小：典型值0.7dB。
优选地，第一滤波器2031选取全球定位系统(Global Positioning System,GPS)卫星信号1575.42±10.23MHz(L1)频点；第二滤波器2032选取GPS卫星信号1227.6±10.23MHz(L2)频点；第三滤波器2033选取北斗(BD)1561.098±2.046MHz(B1)频点；第四滤波器2034选取BD 1207.14±10.23(B2)频点。
为了处理来自GPS和BD的射频信号，射频芯片包括GPS专用射频芯片2041和BD专用射频芯片2042。可选地，GPS专用射频芯片2041和BD专用射频芯片2042均包括双通道射频电路。GPS专用射频芯片2041的双通道射频电路包括L1通道射频电路和L2通道射频电路。BD专用射频芯片2042的双通道射频电路包括B1通道射频电路和B2通道射频电路。
第一滤波器2031和第二滤波器2032与GPS专用射频芯片2041连接，第三滤波器2033和第四滤波器2034与BD专用射频芯片2042连接。
本实施例中，功分电路的频率范围较广，隔离度强且插入损耗小。通过4个选频滤波器可以同时处理GPS L1L2频点BD B1B2频点。射频处理装置兼容GPS和BDS导航系统，提高了探测能力。
在一些实施例中，图4c是本发明实施例四提供的另一种射频处理装置20的结构示意图，可选地，在放大电路201的输入端连接滤波电路80；可选地，放大电路为低噪声放大器，优选地，为多级低噪声放大器，例如两级低噪声放大器。
结合图4c和图4a，射频处理装置20包括：滤波电路80、放大电路：低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)201、功分电路：一分四功分器202、4个选频滤波器和2个射频芯片。其中，4个选频滤波器分别为上述实施例中的第一滤波器2031、第二滤波器2032、第三滤波器2033和第四滤波器2034，分别选取GPS L1、L2和BD B1、B2频点。可选地，BD B1、B2频点包括北斗2代BD2B1、B2频点。2个射频芯片分别为上述实施例中的GPS专用射频芯片2041和BD专用射频芯片2042。
由于选用的LNA属于宽带器件，工作频率范围为0.500GHz～2.2GHz，即在工作频率范围内均有放大能力，为确保LNA在BD或者GPS信号带内正常工作，不因干扰信号而发生饱和，在LNA的前端选用滤波电路80实现带外干扰抑制。
优选地，为了使掩星探测系统适用更多的浮空器，接收到更多的掩星事件，射频处理装置20设置在的板卡尺寸较小，例如为10厘米×10厘米。可选地，低噪声放大器完成对GPS L1、L2，BD2B1、B2信号的低噪声放大功能，其指标满足前置放大器对信号增益、噪声系数、功耗等技术指标的要求。
可选地，GPS专用射频芯片和BD专用射频芯片采用XN117-2。
实施例五
图5a是本发明实施例五提供的掩星接收天线指向示意图。结合图5a，进行掩星事件观测时，电波绕地球弯曲传播，其绕射损耗较大，这样掩星链路的信号要比地面直接接收的导航信号要低。因此，需要提高接收系统的灵敏度，相应地，增加掩星接收天线增益。掩星接收天线的法线与地球边缘相切时，与所载浮空器飞行方向夹角为30.85度，掩星接收天线的法线与大气层相切时，与所载浮空器飞行方向夹角为30.37度。
本实施例中，为了最大限度保障利用GNSS掩星对大气层探测任务需要，掩星接收天线的法线与大气层相切，此时天线性能最优。相应地，调整掩星接收天线在所载浮空器上的安装角度，以使掩星接收天线的法线与大气层相切。
图5b是本发明实施例五提供的掩星接收天线的安装角度示意图，掩星接收天线的法线方向用实线示出。图5b中，前向掩星接收天线11和后向掩星接收天线12分别安装在浮空器的两侧，为了使掩星接收天线的法线与大气层相切，掩星接收天线与中轴线的夹角应为30.34度。为了安装方便，将30.34取整，使得掩星接收天线与浮空器的中轴线的夹角为30度即可。
可选地，定位天线10和掩星接收天线为微带贴片天线，以满足多种体积的浮空器尺寸要求，尤其是立方星尺寸要求。定位天线10和掩星接收天线具有足够高的增益，保证实现快速现捕获和稳定地跟踪满足掩星条件的GNSS卫星；具有稳定的辐射相位中心以减少载波相位观测误差，保证载波相位的测量精度。
定位天线10和掩星接收天线有较宽的波束覆盖角域：-60度～+60度，并至少覆盖GPS L1L2以及BD B1和B2频点，从而充分利用多元化的空间资源，增加掩星事件的数量，同时还可以降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。
基于定位天线10和掩星接收天线的覆盖频点，SOC中的FPGA能够处理双频GPS和双频BD2数字中频信号，完成数字相关运算，获得累加数据与原始测量数据。在ARM的数字相关器3013中，完成跟踪、比特同步、帧同步、导航定位解算等功能。
实施例六
图6是本发明实施例六提供的一种掩星探测方法的流程图，本实施例可适用于掩星探测的情况，尤其适用于多种体积的浮空器。该方法可以由SOC来执行，具体由SOC中的FPGA和ARM执行，具体包括如下步骤：
S110、FPGA根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM，其中，数字中频信号通过射频处理装置获取定位天线和掩星接收天线接收到的全球导航卫星系统GNSS信号，并对GNSS信号进行中频处理而得到。
S120、ARM根据原始测量数据，得到掩星探测结果，其中，掩星处理装置包括系统级芯片SOC，SOC搭载现场可编程门阵列FPGA和高级精简指令集机器ARM。
本发明实施例采用高性能SOC芯片以及其上搭载的FPGA+ARM架构，替代传统的FPGA+DSP架构，实现探测系统小型化、高集成、标准化以及低成本设计，适用于多种体积的浮空器，能够接收多个GNSS系统发射的信号，进而探测到较多的掩星事件，提高空间资源利用率；同时还可以降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。
可选地，掩星处理装置30和射频处理装置20设置在板卡上，板卡的尺寸与所载浮空器的横截面尺寸之差在预设范围内。所述浮空器的横截面尺寸、掩星处理装置和射频处理装置的总尺寸，以及板卡的尺寸均小于尺寸阈值。所载浮空器包括系留气球和飞艇。
可选地，原始测量数据包括导航卫星星号、载波、伪距以及信噪比。
可选地，FPGA通过数字相关器3013对数字中频信号进行混频与数字相关运算，得到原始测量数据。
可选地，FPGA通过数字相关器3013捕获并跟踪数字中频信号，并对数字中频信号进行混频与数字相关运算，得到通道相关累加量，将通道相关累加量输入至ARM3012；ARM3012根据通道相关累加量得到数字频率控制器的调整量，并将调整量反馈至FPGA3011；FPGA3011根据调整量对本地产生的数字中频频率进行调整。
可选地，ARM3012通过导航定位模块3015对原始测量数据进行环路处理，得到定位结果。
可选地，ARM3012通过高精度定轨模块3016根据定位结果、原始测量数据和动力学模型，得到定轨结果。
可选地，FPGA3011为ARM3012提供中断信号。
可选地，晶振通过第一电容与射频处理装置和掩星处理装置相连；或者，外部时钟通过第二电容与射频处理装置和掩星处理装置相连。
本发明实施例提供的掩星探测系统和方法具有对应的技术特征，并具有对应的技术效果。
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)
1.一种适用于浮空器的掩星探测系统，其特征在于，包括：定位天线、掩星接收天线、射频处理装置和掩星处理装置；
所述射频处理装置，用于获取定位天线和掩星接收天线接收到的全球导航卫星系统GNSS信号，并对所述GNSS信号进行中频处理，得到数字中频信号；
所述掩星处理装置包括系统级芯片SOC，所述SOC搭载现场可编程门阵列FPGA和高级精简指令集机器ARM；
所述FPGA，用于根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM；
所述ARM，用于根据所述原始测量数据，得到掩星探测结果。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述掩星处理装置和所述射频处理装置设置在板卡上，所述板卡的尺寸与所载浮空器的横截面尺寸之差在预设范围内；
所述浮空器的横截面尺寸、掩星处理装置和射频处理装置的总尺寸，以及板卡的尺寸均小于尺寸阈值；
所载浮空器包括系留气球和飞艇。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原始测量数据包括导航卫星星号、载波、伪距和信噪比。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字中频信号包括多个频率不同的信号；
所述FPGA包括数字相关器，用于对数字中频信号进行混频与数字相关运算，得到原始测量数据。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述FPGA包括数字相关器，用于捕获并跟踪所述数字中频信号，并对所述数字中频信号进行混频与数字相关运算，得到通道相关累加量，将通道相关累加量输入至ARM；
所述ARM，用于根据所述通道相关累加量得到数字频率控制器的调整量，并将所述调整量反馈至所述FPGA；
所述FPGA，用于根据所述调整量对本地产生的数字中频频率进行调整。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM包括：导航定位模块，用于对原始测量数据进行环路处理，得到定位结果。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述ARM包括：与导航定位模块连接的高精度定轨模块，用于根据定位结果、原始测量数据和动力学模型，得到定轨结果。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述FPGA，用于为所述ARM提供中断信号。
9.根据权利要求1-8任一项所述的系统，其特征在于，还包括晶振和外部时钟；
所述晶振通过第一电容与所述射频处理装置和掩星处理装置相连；或者，
所述外部时钟通过第二电容与所述射频处理装置和掩星处理装置相连。
10.一种掩星探测方法，适用于权利要求1-9任一项所述的适用于浮空器的掩星探测系统，其特征在于，包括：
FPGA根据数字中频信号得到原始测量数据，并将原始测量数据输入至ARM，其中，数字中频信号通过射频处理装置获取定位天线和掩星接收天线接收到的全球导航卫星系统GNSS信号，并对GNSS信号进行中频处理而得到；
所述ARM根据所述原始测量数据，得到掩星探测结果，其中，掩星处理装置包括系统级芯片SOC，SOC搭载现场可编程门阵列FPGA和高级精简指令集机器ARM。
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