CN110470678B - 一种星载微波复合探测仪 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种星载复合探测仪，所述探测仪包括：可展开天线(1)，所述可展开天线为主动微波探测和被动微波探测共用的抛物柱面形式；主动馈电链路(2)，所述主动馈电链路(2)用于发送主动微波信号，以及用于接收由所述可展开天线(1)聚焦的主动微波信号；被动馈电链路(3)，所述被动馈电链路用于接收所述可展开天线(1)聚焦的被动微波信号：载荷综合处理与控制单元(4)，所述载荷综合处理与控制单元(4)用于控制所述主动馈电链路(2)的信号发射和接收，以及所述被动馈电链路(3)的接收。因此，本申请提供的星载复合探测仪，能够实现主动微波探测和被动微波探测的复合探测。

Description

一种星载微波复合探测仪

技术领域

本申请涉及卫星遥感领域，并且更具体地，涉及一种星载微波复合探测仪。

背景技术

传统获取地表土壤水分信息是靠水文、气象站点的观测，得到的土壤水分在空间分布和尺度上具有很大不确定性，观测尺度太小，无法满足天气和水文模型中尺度的要求，很难直接应用于水文气象和气候模型。不同于传统的站点观测，利用遥感技术可以及时高效的获取大范围地表土壤水分信息。

土壤含水量的不同导致其介电常数不同，而介电常数会影响微波信号，因此可利用微波信号对不同湿度土壤的显著差异来判断介电常数的特性，进而反演得到土壤水分信息，所以微波遥感是一种有效的土壤水分检测手段。微波遥感对大气还有具有穿透能力，具有全天时、全天候、多极化的特点，其对植被也具有一定的穿透能力。

在利用微波遥感获取地表土壤水分中，主动和被动微波各具优缺点。被动微波遥感的优点是对土壤水分更敏感，算法成熟，适合大面积实时动态监测，但存在空间分辨率低(多在几十km的尺度)的缺点；主动微波遥感的特点为空间分辨率高、对植被和地表粗糙度敏感，但对土壤水分的敏感性和反演精度较低。

国外已有多个陆地土壤水含量的探测器，如欧空局SMOS，美国SMAP卫星等，提供了大量地面分辨率约40km的大尺度土壤湿度制图数据。而国内目前还没有针对陆地水资源的探测仪。国家水利、农业、气象、林业、防灾减灾等应用已提出了明确的需求，需要高分辨率更高精度的土壤湿度产品。

因此，亟需一种可以实现主动微波探测和被动微波探测的复合探测仪。

发明内容

本申请提供一种星载复合探测仪，能够实现主动微波探测和被动微波探测的复合探测。

第一方面，提供一种星载复合探测仪，所述探测仪包括：可展开天线(1)，所述可展开天线为主动微波探测和被动微波探测共用的抛物柱面形式；主动馈电链路(2)，所述主动馈电链路(2)用于发送主动微波信号，以及用于接收由所述可展开天线(1)聚焦的主动微波信号；被动馈电链路(3)，所述被动馈电链路用于接收所述可展开天线(1)聚焦的被动微波信号：载荷综合处理与控制单元(4)，所述载荷综合处理与控制单元(4)用于控制所述主动馈电链路(2)的信号发射和接收，以及所述被动馈电链路(3)的接收。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述主动馈电链路(2)包括频综收发机、T/R组件和主动馈源，所述主动馈电链路用于接收所述可展开天线(1)反射的主动微波信号，所述频综收发机用于发射主动微波信号，所述主动微波发射信号经所述T/R组件的T通道后，由所述主动馈源发出，所述主动馈源还用于接收由所述可展开天线(1)返回的主动微波信号，所述主动微波信号经由所述T/R组件的R通道后发送至所述频综收发机；所述被动馈电链路(3)包括被动馈源，用于将所述被动馈源接收的被动微波信号进行放大和滤波；所述载荷综合处理与控制单元(4)用于分别为所述主动馈电链路(2)和被动馈电链路(3)供电，所述载荷综合处理与控制单元(4)用于控制所述被动馈电链路(3)在所述主动馈电链路(2)发射主动微波信号的时间段内不接收信号。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述主动馈源包括32个双极化馈源，所述T/R组件包括32个双通道T/R组件，所述主动馈源和所述T/R组件组成14个波位，覆盖正下视的左右两侧10°-35.5°范围，所述主动馈源采用一维馈源阵列相控阵电扫描的合成孔径方式，用于通过ScanSAR波束扫描的方式进行宽测绘。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述主动馈电链路(2)用于进行主动探测的水平H极化和垂直V极化中心频点分别为1.255GHz和1.265GHz，带宽均为5MHz，所送主动馈电链路通过频分方式进行VV、VH、HV和HH四种极化信号的接收。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述被动馈电链路(3)工作的中心频点为1.413GHz，带宽为24MHz，所述被动馈电链路(3)在交轨方向采用多通道干涉式孔径技术进行成像，顺轨方向上通过所述探测仪推扫前进的方式进行二维成像。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述被动馈电链路(3)的被动馈源包括非连续排列的12个双极化馈源。

也就是说，被动一维馈源阵列采用稀疏排列，保证所有基线遍历且有一定冗余的情况下，使系统复杂度降低。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述主动馈电链路(2)和被动馈电链路(3)在Y轴方向上位于相同位置，在X轴和Z轴方向上位于同一平面，并列排布，所述主动馈电链路(2)和被动馈电链路(3)组成的长臂组件包括左臂(7)、右臂(5)和中臂(6)，所述长臂组件在伸展时的长度为6958mm，所述长臂组件收拢时，左臂(7)和右臂(5)分别折叠压紧与所述探测仪所在的星体两侧。

也就是说，主、被动馈电阵列采用双排结构，收拢状态时中臂(6)安装于卫星载荷舱顶部+Xb侧，左臂(7)、右臂(5)分别折叠压紧于星体两侧；在轨左右两臂通过展开机构展开到位并锁定，展开状态长度为6958mm。

结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述可展开天线的抛物柱面直线维尺寸为12m，抛物线维为10m，所述可展开天线为型面精度优于4mmRMS的网状天线。

也就是说，大口径可展开天线采用抛物柱面形式，在一维方向上聚焦以保证分辨率要求，是尺寸12m(直线维)×10m(抛物线维)、型面精度优于4mmRMS的网状天线。

本发明的优点在于：

1.采用主被动复合探测，可对同一探测目标实现同时刻、同视角探测，因此主被动探测数据经融合可提高地面分辨率。

2.采用了大口径抛物柱面天线，抛物线维实现信号汇聚，避免探测仪部件在轨运动，提高系统可靠性。

3.被动馈源12个构成一维稀疏阵列实现综合孔径，主动馈源32个采用一维相控阵合成孔径，在满足刈幅宽度的要求下，实现高分辨率探测。

附图说明

图1为本申请一个实施例的星载复合探测仪展开结构模型。

图2为本申请一个实施例的星载复合探测仪系统框图。

图3为本申请一个实施例的星载复合探测仪主被动馈电阵列收拢状态模型。

图4为本申请一个实施例的星载复合探测仪主被动馈电阵列展开状态模型。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。然而，本发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。

图1为本申请一个实施例的星载复合探测仪展开结构模型。该探测仪包括主被动共用的可展开天线(1)、主动馈电链路(2)、被动馈电链路(3)和载荷综合处理与控制单元(4)。所述可展开天线为主动微波探测和被动微波探测共用的抛物柱面形式；主动馈电链路(2)，所述主动馈电链路(2)用于发送主动微波信号，以及用于接收由所述可展开天线(1)聚焦的主动微波信号；所述被动馈电链路用于接收所述可展开天线(1)聚焦的被动微波信号：所述载荷综合处理与控制单元(4)用于控制所述主动馈电链路(2)的信号发射和接收，以及所述被动馈电链路(3)的接收。

图2为本申请一个实施例的星载复合探测仪系统框图。基于大口径可展开天线可对目标实现主被动同时刻、同视角探测。

可展开天线包括了可展开反射面和伸展臂，均可在驱动机构的控制下在轨展开。反射面形状为抛物柱面，一维尺寸10m实现信号聚束，另一维尺寸12m只反射信号，采用网状结构。展开臂有2根臂杆通过关节连接，展开后长度5.2m。展开天线具备接收场景辐射信号功能的同时，完成雷达信号的发射和接收。经天线后的信号分别馈送至被动和主动链路。

图3为本申请一个实施例的星载复合探测仪主被动馈电阵列收拢状态模型。

图4为本申请一个实施例的星载复合探测仪主被动馈电阵列展开状态模型。

如图2所示，主动探测链路由主动馈源阵列、双通道T/R组件、功分合成网络和频综收发机组成。主动探测的H和V极化中心频点分辨为1.255GHz和1.265GHz，带宽均为5MHz，采用频分方式实现VV、VH、HV和HH全极化的同时接收。

主动探测采用距离向波束扫描的合成孔径方式，即ScanSAR，提高雷达对地面的观测区域。共14个波位覆盖正下视的左右两侧10°-35.5°范围。

主动馈源阵列共32个双极化单元，对应32个双通道T/R组件，每个T/R组件输出峰值功率50W，满足合成波束宽度及增益的要求。

主动频综收发机输出2个极化信号，经反射接收后得到2路L波段回波信号，将每路相邻频率1255MHz和1265MHz信号分别变频至同中频，并通过中频滤波器滤除相邻频率的干扰后输出2路中频信号，再下变频所需的两频率本振信号，分别放大功分后送至4路接收通道，实现全极化接收。

被动探测链路由被动馈源阵列、被动R组件、被动接收单元、预处理器与电源组合、定标噪声源及功分网络和AD及数字相关器组成。被动探测工作中心频点1.413GHz，带宽24MHz，处于无线电保护频带内，免受到其他射频信号的干扰。

被动馈源阵列排布以实现最佳空间分辨率为目标，以尽可能少的阵元，获得充分而均匀、具有最优冗余度的可视度函数覆盖，确定馈源数目共12个双极化单元。

每个被动馈源接收的信号经R被动接收机放大滤波后，分为两路，一路由低频信号由预处理器完成检波积分放大后输出，另一路由中频信号由AD及数字相关器直接中频采样后作数字相关运算，实现综合孔径的可视度函数计算。

被动AD及数字相关器集成24通道输入信号，集中完成24路高速AD采集和所有通道自身及之间的相关运算共300路。

如图3所示，主、被动馈电阵列采用双排结构，收拢状态时中臂(6)安装于卫星载荷舱顶部+Xb侧，左臂(7)、右臂(5)分别折叠压紧于星体两侧；如图4所示，在轨左右两臂通过展开机构展开到位并锁定，展开状态长度为6958mm。

载荷综合处理与控制单元是主、被动探测信息的交互点，完成主被动复合工作的时序控制，主被动链路供电及主被动遥感数据的组帧处理。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者第二设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种星载复合探测仪，其特征在于，所述探测仪包括：

可展开天线(1)，所述可展开天线为主动微波探测和被动微波探测共用的抛物柱面形式；

主动馈电链路(2)，所述主动馈电链路(2)包括频综收发机、T/R组件和主动馈源，所述主动馈电链路用于接收所述可展开天线(1)聚焦的主动微波信号，所述频综收发机用于发射主动微波信号，所述主动微波信号经所述T/R组件的T通道后，由所述主动馈源发出，所述主动馈源还用于接收由所述可展开天线(1)返回的主动微波信号，所述主动微波信号经由所述T/R组件的R通道后发送至所述频综收发机；

其中，所述主动馈源包括32个双极化馈源，所述T/R组件包括32个双通道T/R组件，所述主动馈源和所述T/R组件组成14个波位，覆盖正下视的左右两侧10°-35.5°范围，所述主动馈源采用一维馈源阵列相控阵电扫描的合成孔径方式，用于通过ScanSAR波束扫描的方式进行宽测绘；

被动馈电链路(3)，所述被动馈电链路用于接收所述可展开天线(1)聚焦的被动微波信号：

所述被动馈电链路(3)包括被动馈源，用于将所述被动馈源接收的被动微波信号进行放大和滤波；

所述被动馈电链路(3)的被动馈源包括非连续排列的12个双极化馈源；

载荷综合处理与控制单元(4)，所述载荷综合处理与控制单元(4)用于分别为所述主动馈电链路(2)和被动馈电链路(3)供电，所述载荷综合处理与控制单元(4)用于控制所述被动馈电链路(3)在所述主动馈电链路(2)发射主动微波信号的时间段内不接收信号。

2.根据权利要求1所述的探测仪，其特征在于，所述主动馈电链路(2)用于进行主动探测的水平H极化和垂直V极化中心频点分别为1.255GHz和1.265GHz，带宽均为5MHz，所述主动馈电链路通过频分方式进行VV、VH、HV和HH四种极化信号的接收。

3.根据权利要求2所述的探测仪，其特征在于，所述被动馈电链路(3)工作的中心频点为1.413GHz，带宽为24MHz，所述被动馈电链路(3)在交轨方向采用多通道干涉式孔径技术进行成像，顺轨方向上通过所述探测仪推扫前进的方式进行二维成像。

4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的探测仪，其特征在于，所述主动馈电链路(2)和被动馈电链路(3)在Y轴方向上位于相同位置，在X轴和Z轴方向上位于同一平面，并列排布，所述主动馈电链路(2)和被动馈电链路(3)组成的长臂组件包括左臂(7)、右臂(5)和中臂(6)，所述长臂组件在伸展时的长度为6958mm，所述长臂组件收拢时，左臂(7)和右臂(5)分别折叠压紧与所述探测仪所在的星体两侧。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的探测仪，其特征在于，所述可展开天线的抛物柱面直线维尺寸为12m，抛物线维为10m，所述可展开天线为型面精度优于4mmRMS的网状天线。

6.根据权利要求4所述的探测仪，其特征在于，所述可展开天线的抛物柱面直线维尺寸为12m，抛物线维为10m，所述可展开天线为型面精度优于4mmRMS的网状天线。

Images