CN111082831A - 一种星载同步收发装置及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种星载同步收发装置，包括：功放电路，低噪声放大电路，以及与所述功放电路和低噪声放大电路分别连接的环行器，所述环行器还通过耦合器与微波开关电路连接，所述微波开关电路还与同步天线连接；所述功放电路、所述环行器、所述耦合器和所述微波开关电路构成发射链路；所述微波开关电路、所述耦合器、所述环行器和所述低噪声放大电路构成接收链路。通过对星载同步收发装置的设计，成功研制了星载同步收发器单机设备，实现了双基星载InSAR相位同步功能，保障了双星相位同步系统的设计实现，降低了双星同步系统的相位误差，提高了双星同步精度。

Description

一种星载同步收发装置及信号处理方法

技术领域

本发明涉及微波遥感技术领域，尤其涉及一种星载同步收发装置及其信号处理方法。

背景技术

现有技术中，分布式星载SAR系统是一种特殊模式的合成孔径雷达，雷达接收机和发射机位于不同平台，这种收发分置的特点带来了很多优势，比如灵活的基线配置，多样的接收模式，可以提供更精细的地物分类信息等，但是收发分置的特点也带来了很多新的技术挑战，其中双星相位同步问题显得尤为突出，不能满足微波遥感技术领域对双基星载干涉SAR(InSAR)相位同步的性能需求，且双基星载InSAR系统目前处于研发阶段，尚不涉及同步收发器的单机设计。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种星载同步收发装置及其信号处理方法，首次研制了星载同步收发器的单机设计，实现了双基星载InSAR相位同步功能，保障了双星相位同步系统的设计实现，降低了双星同步系统的相位误差，提高了双星同步精度。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种星载同步收发装置，包括：

功放电路，低噪声放大电路，以及与所述功放电路和低噪声放大电路分别连接的环行器，所述环行器还通过耦合器与微波开关电路连接，所述微波开关电路还与同步天线连接；

所述功放电路、所述环行器、所述耦合器和所述微波开关电路构成发射链路；

所述微波开关电路、所述耦合器、所述环行器和所述低噪声放大电路构成接收链路；

其中，通过所述发射链路，将发射信号经过所述功放电路的放大，所述环行器的传输，所述耦合器的传输以及耦合，以及通过所述微波开关电路控制所述发射链路连通，将分离后的发射信号经所述同步天线发射出去；或者，通过所述接收链路，将通过所述同步天线接收到的雷达回波信号，经过所述耦合器的传输，所述环行器的传输，以及所述低噪声放大电路的放大后，传输至接收电路。

在上述装置中，在所述发射链路中，所述功放电路，用于对输入的发射信号进行放大；

所述环行器，用于对放大后的发射信号传输至所述耦合器；

所述耦合器，用于传输所述放大后的发射信号至所述微波开关，以及根据所述放大后的发射，生成所述分离后的发射信号，以及耦合信号，所述耦合信号用于生成定标信号；

所述开关电路，用于控制所述耦合器与所述同步天线的连通，以将分离后的发射信号通过所述同步天线辐射出去。

在上述装置中，在所述接收链路中，所述微波开关电路，还用于控制所述同步天线与所述耦合器的连通，以便将所述雷达回波信号传输至所述耦合器；

所述耦合器，还用于传输所述雷达回波信号至所述环行器；

所述环行器，还用于将所述雷达回波信号传输至所述低噪声放大电路；

所述低噪声放大电路，用于将所述雷达回波信号的放大后，输出最终的接收信号至所述接收电路。

在上述装置中，还包括：低通滤波器，所述耦合器通过所述低通滤波器与所述微波开关电路连接；

所述低通滤波器，用于滤除所述分离后的发射信号或接收信号中的干扰信号。

在上述装置中，还包括：功分器，所述功分器与所述耦合器连接；

所述功分器，用于根据所述耦合信号合成所述定标信号。

在上述装置中，还包括：主收发电路和备收发电路；所述主收发电路和所述备收发电路中均包括所述发射链路和所述接收链路；所述主收发电路和所述备收发电路均与所述微波开关电路连接；

所述微波开关电路中包括：双刀双掷开关和单刀双掷开关组件；

所述双刀双掷开关分别与所述主收发电路和所述备收发电路连接，所述双刀双掷开关用于切换所述主收发电路和所述备收发电路；

所述单刀双掷开关组件，所述单刀双掷开关与所述双刀双掷开关和所述同步天线连接，所述单刀双掷开关组件中的每个单刀双掷开关用于切换所述同步天线中的两路天线。

在上述装置中，所述低噪声放大电路包括：第一低噪声放大器，第二低噪声放大器和衰减器，所述第一低噪声放大器的输入端与所述环行器连接，所述第一低噪声放大器的输出端通过所述衰减器与所述第二低噪声放大器的输入端连接，所述第二低噪声放大器的输出端与所述接收电路连接；

所述第一低噪声放大器，用于对所述雷达回波信号进行放大后的雷达回波信号传输至所述衰减器；

所述衰减器，用于对所述放大后的雷达回波信号调整大小后，将调整后的雷达回波信号传输至所述第二低噪声放大器；

所述第二低噪声放大器，用于对所述调整后的雷达回波信号进行二次放大后，将最终的接收信号传输至所述接收电路。

在上述装置中，所述微波开关电路、所述耦合器、所述环行器和所述低噪声放大电路构成接收链路，所述装置还包括：限幅器，所述限幅器与所述环行器和所述低噪声放大电路连接；所述限幅器对所述环行器传输的所述雷达回波信号进行限幅后，将所述限幅后的雷达回波信号传输至所述低噪声放大电路。

在上述装置中，所述双刀双掷开关和单刀双掷开关均为磁保持微波开关。

本发明实施例提供一种星载同步收发装置的信号处理方法，包括：

通过功放电路对发射信号进行放大得到放大后的发射信号；

通过环行器将所述放大后的发射信号传输至耦合器；

通过所述耦合器将所述放大后的发射信号分离得到分离后的发射信号；

通过微波开关电路切换不同的所述同步天线将所述分离后的发射信号辐射出去；

或者，

通过同步天线接收到雷达回波信号；

通过微波开关电路将所述雷达回波信号传输至耦合器；

通过所述耦合器、环行器将所述雷达回波信号传输至低噪声放大电路；

通过所述低噪声放大电路将所述雷达回波信号放大，得到放大后的雷达回波信号，并将所述最终的接收信号传输至接收电路。

在上述方法中，所述通过微波开关电路切换不同的所述同步天线将所述分离后的发射信号辐射出去，包括：

通过所述低通滤波器滤除所述分离后的发射信号中的干扰信号，得到去干扰的发射信号；

通过微波开关电路切换不同的所述同步天线将所述去干扰的发射信号辐射出去；

或者，

所述通过微波开关电路将所述雷达回波信号传输至耦合器，包括：

通过微波开关电路将所述雷达回波信号传输至低通滤波器进行干扰信号去除；

通过所述低通滤波器将去干扰的雷达回波信号传输至所述耦合器。

在上述方法中，所述通过环行器将所述放大后的发射信号传输至耦合器之后，所述方法还包括：

通过所述耦合器将所述放大后的发射信号分离得到耦合信号；

通过功分器对所述耦合信号合成定标信号并输出。

在上述方法中，所述微波开关电路中包括：双刀双掷开关和单刀双掷开关，所述方法还包括：

通过所述双刀双掷开关切换主收发电路和备收发电路；

通过所述单刀双掷开关切换所述同步天线。

在上述方法中，所述通过所述低噪声放大电路将所述雷达回波信号放大，得到放大后的雷达回波信号，并将所述放大后的雷达回波信号传输至接收电路，包括：

通过第一低噪声放大器对所述雷达回波信号进行放大后，将放大后的雷达回波信号传输至所述衰减器；

通过所述衰减器对所述放大后的雷达回波信号调整大小后，将调整后的雷达回波信号传输至所述第二低噪声放大器；

通过所述第二低噪声放大器对所述调整后的雷达回波信号进行二次放大后，将最终的接收信号传输至所述接收电路。

在上述方法中，所述通过所述耦合器、环行器将所述雷达回波信号传输至低噪声放大电路，包括：

通过所述耦合器、环行器将所述雷达回波信号传输至限幅器；

通过所述限幅器对所述环行器传输的雷达回波信号进行限幅后，将所述限幅后的雷达回波信号传输至所述低噪声放大电路。

本发明实施例提供了一种星载同步收发装置，包括：功放电路，低噪声放大电路，以及与所述功放电路和低噪声放大电路分别连接的环行器，所述环行器还通过耦合器与微波开关电路连接，所述微波开关电路还与同步天线连接；所述功放电路、所述环行器、所述耦合器和所述微波开关电路构成发射链路；所述微波开关电路、所述耦合器、所述环行器和所述低噪声放大电路构成接收链路；其中，通过所述发射链路，将发射信号经过所述功放电路的放大，所述环行器的传输，所述耦合器的传输以及耦合，以及通过所述微波开关电路控制所述发射链路连通，将分离后的发射信号经所述同步天线发射出去；或者，通过所述接收链路，将通过所述同步天线接收到的雷达回波信号，经过所述耦合器的传输，所述环行器的传输，以及所述低噪声放大电路的放大后，传输至接收电路。通过对星载同步收发装置的设计，成功研制了星载同步收发器的单机设备，实现了双基星载InSAR相位同步功能，保障了双星相位同步系统的设计实现，降低了双星同步系统的相位误差，提高了双星同步精度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种双星同步系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的不同信噪比与引入的相位误差的关系图；

图3为本申请实施例提供的一种星载同步收发装置的结构示意图一；

图4为本申请实施例提供的一种星载同步收发装置的结构示意图二；

图5为本申请实施例提供的一种星载同步收发装置的结构示意图三；

图6为本申请实施例提供的一种星载同步收发装置的信号接收链路示意图；

图7为本申请实施例提供的一种星载同步收发装置的信号发射链路示意图；

图8为本申请实施例提供的一种同步的信号处理方法流程示意图一；

图9为本申请实施例提供的一种同步的信号处理方法流程示意图二；

图10为本申请实施例提供的一种同步的信号处理方法流程示意图三；

图11为本申请实施例提供的一种同步的信号处理方法流程示意图四。

附图标记说明：

1 功放电路；

11 功放电路一；

12 功放电路二；

2 低噪声放大电路；

21 低噪声放大电路一；

22 低噪声放大电路二；

3 环行器；

31 环行器一；

32 环行器二；

4 耦合器；

41 耦合器一；

42 耦合器二；

5 微波开关电路；

51 双刀双掷开关；

52 单刀双掷开关一；

53 单刀双掷开关二；

6 同步天线；

61 同步天线一；

62 同步天线二；

63 同步天线三；

64 同步天线四；

7 低通滤波器；

71 低通滤波器一；

72 低通滤波器二；

8 功分器；

9 限幅器；

91 限幅器一；

91 限幅器二。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

双基星载干涉SAR采用编队卫星形成基线并通过干涉处理而获取地表高程信息。双星编队干涉通过主星发射信号、主辅星同时接收信号实现，由于主辅星使用不同的晶振，因此在方位向会存在由于晶振频率误差引入的相位误差并随时间积累，影响成像聚焦和干涉相位精度，因此需要进行双星间的相位同步设计。

如图1所示，双星相位同步系统采用双星交替对传脉冲信号的方式进行相位同步，同步信号采用与载频相同的线性调频信号(LFM)，为了避免雷达信号对同步信号的影响同时不打断正常的雷达工作，雷达信号与同步信号采用分时发射的方式，对于一个脉冲重复周期先发射雷达信号然后利用回波接收窗前后的空余时间，由主星发射同步信号辅星接收；随后在下一个脉冲重复周期再由辅星发射同步信号主星接收，实现相位同步脉冲的交替对传。

在双星同步系统中，双星的基准频率源均使用GPS驯服晶振，这样可以尽量缩小两星的雷达频率偏差，使得相位误差数据采集过程中的采样满足Nyquist定理，简化相位同步误差提取和补偿的复杂性，提高了相位同步的可靠性。

在双星同步系统中，GPS驯服模块、基准频率源、调频信号源、微波组合、接收机、内定标器和数据形成器为已有雷达单机，而同步收发器和同步天线为新增雷达单机设备。

相位同步补偿相位中包含了多普勒相位误差、天线方向图误差、相位噪声重建误差、信噪比误差、多径效应误差和收发通道误差。信噪比相位误差是由同步接收系统噪声引入的相位噪声，对于交替对传脉冲信号，

可以使用公式(1)得到接收机噪声功率谱：

其中，f_syn为双星同步系统中的同步频率，SNR为同步链路信噪比。

由公式(2)可知，由噪声引起的回波域相位误差是带内接收机噪声功率谱的积分结果：

其中，H_syn(f)是为消除滤波器失配而引入的滤波器。

由公式(1)(2)可知，双星同步系统中信噪比相位误差与信噪比的关系如图2所示，若要求信噪比相位误差小于1°，则同步链路信噪比应大于30dB。

本申请实施例提供了一种星载同步收发装置，如图3所示，该星载同步收发装置包括：

功放电路1，低噪声放大电路2，以及与功放电路1和低噪声放大电路2分别连接的环行器3，环行器3还通过耦合器4与微波开关电路5连接，微波开关电路5还与同步天线6连接。

需要说明的是，本申请实施例中的环行器3为，将进入其任一端口的信号，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。环行器3是有数个端的非可逆器件。比如：从1端口输入信号，信号只能从2端口输出，同样，从2端口输入的信号只能从3端口输出。而功放电路2与上述调频信号源连接，同时与环行器3的1端口连接，接收调频信号源生成的LFM发射信号，并按既定方向将发射信号由2端口输出。环行器3的3端口与低噪声放大电路连接，当2端口接收到信号输入时，按既定方向将接收到的信号由3端口输出。低噪声放大电路用于对环行器3端口输出的雷达回波信号进行放大，提高回波信号的信噪比。另外，本申请实施例中的耦合器4为定向耦合器，定向耦合器是一种四端口元件，通常由称为直通线和耦合线的两段传输线组合而成。直通线和耦合线之间通过一定的耦合机制把直通线功率的一部分耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。如果直通线中波的传播方向变为与原来的方向相反，则耦合线中功率的输出端口与无功率输出的端口也会随之改变，环行器3的2端口与耦合器4的输入端连接，耦合器4直通端通过微波开关电路与同步天线6连接，同步天线6用于发射LFM信号，或接收传回的LFM信号。

功放电路1、环行器3、耦合器4和微波开关电路5构成发射链路。

需要说明的是，本申请实施例中，功放电路1输出端与环行器3的1端口连接，环行器3的2端口与耦合器4输入端连接，耦合器4直通端与微波开关电路5连接，形成完整的信号发射链路。

微波开关电路5、耦合器4、环行器3和低噪声放大电路2构成接收链路。

需要说明的是，本申请实施例中，微波开关电路5与耦合器4直通端连接，耦合器4输入端与环行器3的2端口连接，环行器3的3端口连接微波开关电路5，形成完整的信号发射链路。

其中，通过发射链路，将发射信号经过功放电路1的放大，环行器3的传输，耦合器4的传输以及耦合，以及通过微波开关电路5控制发射链路连通，将分离后的发射信号经同步天线6发射出去；或者，通过接收链路，将通过同步天线6接收到的雷达回波信号，经过耦合器4的，环行器3的传输，以及低噪声放大电路2的放大后，传输至接收电路。

需要说明的是，本申请实施例中的星载同步收发装置实现了收发双工，发射LFM信号时，发射链路由功放电路1、环行器3、耦合器4和微波开关电路5构成，功放电路1具有电源脉冲调制功能，发射信号经功放电路1进行功率放大和脉冲调制后，由环行器3按既定方向将发射信号由2端口输出，耦合器4再将发射信号经过微波开关电路5传输至同步天线6发射。接收信号时，接收链路由微波开关电路5、耦合器4、环行器3和低噪声放大电路2构成，同步天线6接收到传回的LFM信号后，将信号经微波开关电路5、耦合器4传输至环行器3的2端口，环行器3按既定方向将接收到的信号由3端口输出至低噪声放大电路2，低噪声放大电路2用于对环行器3端口输出的信号进行放大处理后，将信号传输至上述微波组合单机。

本申请实施例中，通过对星载同步收发装置的设计，成功研制了星载同步收发器的单机设备实现了双基星载InSAR相位同步功能，保障了双星相位同步系统的设计实现，降低了双星同步系统的相位误差，提高了双星同步精度。

可选的，如图4、图7所示，在发射链路中，功放电路1，用于对输入的发射信号进行放大；环行器3，用于对放大后的发射信号传输至耦合器4；耦合器4，用于输出放大后的发射信号至微波开关电路5，以及根据放大后的发射信号，生成分离后的发射信号，以及耦合信号，耦合信号用于生成定标信号；微波开关电路5，用于控制耦合器4与同步天线6的开合，以将分离后的发射信号通过同步天线6辐射出去。

需要说明的是，在发射链路中，功放电路1与上述调频信号源连接，接收调频信号源生成的发射信号，用于对发射信号进行功率放大和脉冲调制，功放电路1输出端与环行器3的1端口连接，环行器3的2端口与耦合器4输入端连接，环行器3接收到放大后的发射信号时，按既定方向将放大后的发射信号由2端口输出至耦合器4输入端，耦合器4接收到放大后的发射信号，根据放大后的发射信号生成分离后的发射信号，以及耦合信号，耦合信号用于生成定标信号，本申请实施例中生成的定标信号传输至上述内定标器，用于判断星载同步收发装置的采样质量。而微波开关电路5与耦合器4直通端的导通，控制分离后的发射信号通过同步天线6辐射出去。

可选的，如图6所示，在接收链路中，微波开关电路5，还用于控制同步天线5与耦合器4的开合，以便将雷达回波信号传输至耦合器4；耦合器4，还用于传输雷达回波信号至环行器3；环行器3，还用于将雷达回波信号传输至低噪声放大电路2；低噪声放大电路2，用于将雷达回波信号的放大后，输出最终的接收信号至接收电路。

需要说明的是，在接收链路中，同步天线6接收到传回的LFM信号后，微波开关5与耦合器4的直通端导通，控制雷达回波信号传输至耦合器4直通端，由耦合器4输入端将雷达回波信号传输至环行器3的2端口，环行器3接收到雷达回波信号后，按既定方向将雷达回波信号由3端口输出至低噪声放大电路2，低噪声放大电路2用于对环行器3的3端口输出的雷达回波信号进行放大处理后，将最终的接收信号传输至上述微波组合单机。

可选的，如图4所示，本申请实施例还包括：低通滤波器7，耦合器4通过低通滤波器7与微波开关电路5连接；

低通滤波器7，用于滤除分离后的发射信号或雷达回波信号中的干扰信号。

需要说明的是，本申请实施例中的低通滤波器7是允许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置，低通滤波器7的一端与耦合器4直通端连接，一端与微波开关电路5连接，用于滤除分离后的发射信号或雷达回波信号中的干扰信号。

本申请实施例中，S波段是卫星移动通信、无线电测定、卫星测控的常用频段，在轨工作卫星数量大，该频段具有丰富的干扰信号，造成了严重的频谱拥挤，通过核算，本申请实施例选用了在1.15GHz～1.35GHz频段内插入损耗小于0.5dB对2～4GHz频段抑制度不小于50dB的低通滤波器7。通过在星载同步收发装置内部主(备)机输出端设计低通滤波器7，实现了滤除空间辐射干扰信号或工作频带外的高频干扰信号，避免频谱混叠，防止卫星外部环境中的干扰信号通过同步天线进入双星相位同步系统的技术效果。

可选的，如图4所示，本申请实施例还包括：功分器8，功分器8与耦合器4连接；

功分器8，用于根据耦合信号合成定标信号。

需要说明的是，功分器8用于将一路输入信号分成两路或多路输出相等或不相等的信号，或将多路信号合成一路输出，发射信号经过耦合器4后，耦合器4耦合1％-1‰信号功率的发射信号，耦合度约为20dB-30dB，功分器8根据耦合信号，生成定标信号。

可选的，如图5、图6、图7所示，本申请实施例包括：主收发电路和备收发电路；主收发电路和备收发电路中均包括发射链路和接收链路；主收发电路和备收发电路均与微波开关电路5连接；微波开关电路5中包括：双刀双掷开关51和单刀双掷开关组件；双刀双掷开关51分别与主收发电路和备收发电路连接，双刀双掷开关用于切换主收发电路和备收发电路；单刀双掷开关组件，单刀双掷开关组件与双刀双掷开关51和同步天线6连接，单刀双掷开关组件中的每个单刀双掷开关用于切换同步天线6中的两路天线。

需要说明的是，本申请实施中的星载同步收发装置还包括主收发电路和备收发电路，每条主收发电路和备收发电路均包含发射链路和接收链路，主收发电路和备收发电路均与微波开关电路5连接，主收发电路和备收发电路通过功放电路1接收发射信号，发射信号经过功放电路一11或功放电路二12、环行器一31或环行器二32、耦合器一41或耦合器二42、低通滤波器一71或低通滤波器二72输出后，经微波开关电路5切换至同步天线6辐射出去，或同步天线6接收到雷达回波信号，经微波开关电路5传输至低通滤波器一71或低通滤波器二72、耦合器一41或耦合器二42、环行器一31或环行器二32，经低噪声放大电路一21或低噪声放大电路二22传输至接收电路。其中，微波开关电路5中包括一个双刀双掷开关51，单刀双掷开关组件包括两个单刀双掷开关，双刀双掷开关51与主收发电路和备收发电路的耦合器一41和耦合器二42，或，低通滤波器一71和低通滤波器二72输出端连接，两个单刀双掷开关与双刀双掷开关51级联，单刀双掷开关一52和单刀双掷开关二53分别与双刀双掷开关51输出端连接，同时，单刀双掷开关一52与同步天线一61和同步天线二62连接，单刀双掷开关二53与同步天线三63和同步天线四64连接，双刀双掷开关51用于切换主收发电路和备份收发电，单刀双掷开关一52用于切换同步天线一61和同步天线二62发射或接收LFM信号，单刀双掷开关二53用于切换同步天线三63和同步天线四64发射或接收LFM信号。

可选的，如图6所示，低噪声放大电路2包括：第一低噪声放大器，第二低噪声放大器和衰减器，第一低噪声放大器的输入端与环行器3连接，第一低噪声放大器的输出端通过衰减器与第二低噪声放大器的输入端连接，第二低噪声放大器的输出端与接收电路连接；第一低噪声放大器，用于对雷达回波信号进行放大后的雷达回波信号传输至衰减器；衰减器，用于对放大后的雷达回波信号调整大小后，将调整后的雷达回波信号传输至第二低噪声放大器；第二低噪声放大器，用于对调整后的雷达回波信号进行二次放大后，将最终的接收信号传输至接收电路。

需要说明的是，本申请实施中的低噪声放大电路第一低噪声放大器(LNA1)，第二低噪声放大器(LNA2)和衰减器构成，第一低噪声放大器的输入端与环行器连接，第一低噪声放大器的输出端通过衰减器与第二低噪声放大器的输入端连接，第二低噪声放大器的输出端与接收电路连接，在信号接收链路中，雷达回波信号的增益较高，通过衰减器对雷达回波信号的大小进行调整，通过两级低噪声放大器对雷达回波信号进行放大后，将最终的接收信号传输至接收电路。

可选的，如图4所示，微波开关电路5、耦合器4、环行器3和低噪声放大电路2构成接收链路，装置还包括：限幅器9，限幅器9与环行器3和低噪声放大电路2连接；限幅器9对环行器3传输的雷达回波信号进行限幅后，将限幅后的雷达回波信号传输至低噪声放大电路2进行处理。

需要说明的是，本申请实施中的星载同步收发装置的接收链路还可以包括限幅器9，限幅器9将雷达回波信号幅度限定在一定的范围内，对雷达回波信号进行限幅后，将限幅后的雷达回波信号传输至低噪声放大电路2进行处理，主收发电路中的限幅器一91输入端与环行器一31的3端口连接，输出端与低噪声放大电路一21连接，备收发电路中的限幅器二92输入端与环行器二32的3端口连接，输出端与低噪声放大电路二22连接。同步天线接6收到的雷达回波信号，依次经过微波开关电路5、低通滤波器7、耦合器4、环行器3、限幅器9、LNA1、衰减器、LNA2传输至接收电路。

需要说明的是，如图7所示，在信号发射链路中，发射信号依次经过功放电路、环行器、耦合器、低通滤波器、微波开关电路经同步天线发射出去，且耦合器生成一路耦合信号给功分器，用于生成定标信号。

可选的，双刀双掷开关51和单刀双掷开关均为磁保持微波开关。

需要说明的是，本申请实施的开关电路均采用了磁保持微波开关，在星载微波电路中，根据图6所示的信号接收链路，以及放大器噪声系数指标和无源器件的插入损耗，可计算出单机的接收增益和接收噪声系数。

根据多级级联系统的噪声系数计算公式(3)和增益公式(4)：

G₀＝G₁G₂G_i...G_n (4)

其中，F_i为某一级联单元的噪声系数，n为级联单元数(n≥2)；i为某一级联单元(1≤i≤n)；G_i为某一放大器的增益，若为无源器件，则为负值。

本申请实施采用了对照试验的方法，第一级低噪声放大器的噪声系数为0.6dB，增益G₁为18.5dB；第二级低噪声放大器的噪声系数约为5.2dB，增益G₂为15.5dB；低噪声放大电路的前级有微波开关，低通滤波器与耦合器、环行器与限幅器的插入损耗F₂、F₃分别为0.7dB和1.4dB，两级低噪声放大器之间的衰减器插入损耗F₄为3dB。

将信号接收链路中各部分电路的参数带入公式，当采用晶体管微波开关方案时，插入损耗F₁为1.6dB，如表1所示，接收噪声系数F₀为4.59dB，接收增益G₀为27.3dB；接收增益满足不小于25dB的技术指标要求，但是噪声系数比较大。

表1

当采用磁保持微波开关替代晶体管微波开关时，如表2所示，则接收噪声系数F₀为3.39dB，接收增益G₀为28.5dB；接收增益、接收噪声系数均满足技术指标要求，而且噪声系数优化了1.2dB。

表2

本申请实施例通过优化接收噪声系数，提高了星载同步收发装置接收输出信号时的信噪比，则双星同步系统的相位误差进一步减小，同步精度得到进一步提高。

本申请实施例还提供了一种星载同步收发装置的信号处理方法，如图8所示，包括：

S101、通过功放电路对发射信号进行放大得到放大后的发射信号。

需要说明的是，功放电路与上述调频信号源连接，同时与环行器的1端口连接，接收调频信号源生成的LFM发射信号，功放电路用于对LFM发射信号进行放大得到放大后的发射信号，同时，功放电路还具有电源脉冲调制功能。

S102、通过环行器将放大后的发射信号传输至耦合器。

需要说明的是，功放电路与环行器的1端口连接，环行器的1端口接收到放大后的发射信号，按既定方向将发射信号由2端口输出至耦合器输入端。

S103、通过耦合器将放大后的发射信号分离得到分离后的发射信号。

需要说明的是，本申请实施例中的耦合器4为定向耦合器，定向耦合器是一种四端口元件，通常由称为直通线和耦合线的两段传输线组合而成。直通线和耦合线之间通过一定的耦合机制把直通线功率的一部分耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。耦合器接收到放大后的发射信号后，根据放大后的发射信号生成分离后的发射信号。

S104、通过微波开关电路切换不同的同步天线将分离后的发射信号辐射出去。

需要说明的是，微波开关电路控制耦合器与同步天线的连通，通过切换不同的同步天线将分离后的发射信号发射出去。

或者，如图9所示，

S201、通过同步天线接收到雷达回波信号。

需要说明的是，同步天线6用于发射LFM信号，同时还可以用于接收传回的LFM信号。

S202、通过微波开关电路将雷达回波信号传输至耦合器。

需要说明的是，微波开关控制与耦合器的直通端导通，控制雷达回波信号传输至耦合器直通端。

S203、通过耦合器、环行器将雷达回波信号传输至低噪声放大电路。

需要说明的是，雷达回波信号依次经过耦合器直通端、输入端反向输出至环行器2端口，环行器按既定方向将雷达回波信号由3端口输出至低噪声放大电路。

S204、通过低噪声放大电路将雷达回波信号放大，得到放大最终的接收信号，并将最终的接收信号传输至接收电路。

需要说明的是，低噪声放大电路用于对环行器3端口输出的雷达回波信号进行放大处理后，将最终的接收信号传输至接收电路。

本申请实施例中，通过对星载同步收发方法的设计，实现了双基星载InSAR相位同步功能，保障了双星相位同步系统的设计实现，降低了双星同步系统的相位误差，提高了双星同步精度。

在本申请的一些实施例中，如图10所示，S104通过微波开关电路切换不同的同步天线将分离后的发射信号辐射出去，包括：S1041、通过低通滤波器滤除分离后的发射信号中的干扰信号，得到去干扰的发射信号；S1042、通过微波开关电路切换不同的同步天线将去干扰的发射信号辐射出去；或者如图11所示，S202通过微波开关电路将雷达回波信号传输至耦合器，包括：S2021、通过微波开关电路将雷达回波信号传输至低通滤波器进行干扰信号去除；S2022、通过低通滤波器将去干扰的雷达回波信号传输至耦合器。

需要说明的是，本申请实施例中的低通滤波器是允许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置，低通滤波器的一端与耦合器直通端连接，一端与微波开关电路连接，用于滤除分离后的发射信号或雷达回波信号中的干扰信号，得到去干扰的发射信号，并经同步天线发射出去；或得到去干扰的雷达回波信号，并将去干扰的雷达回波信号传输至耦合器直通端。

在本申请的一些实施例中，如图10所示，通过环行器将放大后的发射信号传输至耦合器之后，方法还包括：如图10所示S103a、通过耦合器将放大后的发射信号分离得到耦合信号；S103a1、通过功分器对耦合信号合成定标信号并输出。

需要说明的是，耦合器根据放大后的发射信号，生成分离后的发射信号，以及耦合信号，功分器用于将一路输入信号分成两路或多路输出相等或不相等的信号，或将多路信号合成一路输出，发射信号经过耦合器后，耦合器耦合1％-1‰的信号功率，约为20dB-30dB，功分器根据耦合信号，生成定标信号。

在本申请的一些实施例中，微波开关电路中包括：双刀双掷开关和单刀双掷开关，方法还包括：通过双刀双掷开关切换主收发电路和备收发电路；通过单刀双掷开关切换同步天线。

需要说明的是，主收发电路和备收发电路均包含发射链路和接收链路，主收发电路和备收发电路均与微波开关电路连接，主收发电路和备收发电路通过功放电路接收发射信号，其中，微波开关电路中包括一个双刀双掷开关，单刀双掷开关组件包括两个单刀双掷开关，双刀双掷开关与主收发电路和备收发电路的耦合器一和耦合器二，或，低通滤波器一和低通滤波器二输出端连接，两个单刀双掷开关与双刀双掷开关级联，单刀双掷开关一和单刀双掷开关二分别与双刀双掷开关输出端连接，同时，单刀双掷开关一与同步天线一和同步天线二连接，单刀双掷开关二与同步天线三和同步天线四连接，双刀双掷开关用于切换主收发电路和备份收发电，单刀双掷开关一用于切换同步天线一和同步天线二发射或接收雷达回波信号，单刀双掷开关二用于切换同步天线三和同步天线四发射或接收雷达回波信号。

在本申请的一些实施例中，如图11所示，S204通过低噪声放大电路将雷达回波信号放大，得到放大后的雷达回波信号，并将放大后的雷达回波信号传输至接收电路，包括：S2041、通过第一低噪声放大器对雷达回波信号进行放大后，将放大后的雷达回波信号传输至衰减器；S2042、通过衰减器对放大后的雷达回波信号调整大小后，将调整后的雷达回波信号传输至第二低噪声放大器；S2043、通过第二低噪声放大器对调整后的雷达回波信号进行二次放大后，将最终的雷达回波信号传输至接收电路。

需要说明的是，本申请实施中的低噪声放大电路第一低噪声放大器，第二低噪声放大器和衰减器构成，第一低噪声放大器的输入端与环行器连接，第一低噪声放大器的输出端通过衰减器与第二低噪声放大器的输入端连接，第二低噪声放大器的输出端与接收电路连接，在信号接收链路中，雷达回波信号的增益较高，通过衰减器对雷达回波信号的大小进行调整，通过两级低噪声放大器对雷达回波信号进行放大后，将最终的接收信号传输至接收电路。

在本申请的一些实施例中，如图11所示，S203通过耦合器、环行器将雷达回波信号传输至低噪声放大电路，包括：S2031、通过耦合器、环行器将雷达回波信号传输至限幅器；S2032、通过限幅器对环行器传输的雷达回波信号进行限幅后，将限幅后的雷达回波信号传输至低噪声放大电路。

需要说明的是，本申请实施中的接收链路还可以包括限幅器，限幅器将雷达回波信号幅度限定在一定的范围内，对雷达回波信号进行限幅后，将限幅后的雷达回波信号传输至低噪声放大电路进行处理，主收发电路中的限幅器一输入端与环行器一的3端口连接，输出端与低噪声放大电路一连接，备收发电路中的限幅器二输入端与环行器二的3端口连接，输出端与低噪声放大电路二连接。同步天线接收到的雷达回波信号，依次经过微波开关电路、低通滤波器、耦合器、环行器、限幅器、LNA1、衰减器、LNA2传输至接收电路。

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，可轻易想到的变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种星载同步收发装置，其特征在于，所述装置包括：

功放电路，低噪声放大电路，以及与所述功放电路和低噪声放大电路分别连接的环行器，所述环行器还通过耦合器与微波开关电路连接，所述微波开关电路还与同步天线连接；

所述功放电路、所述环行器、所述耦合器和所述微波开关电路构成发射链路；

所述微波开关电路、所述耦合器、所述环行器和所述低噪声放大电路构成接收链路；

其中，通过所述发射链路，将发射信号经过所述功放电路的放大，所述环行器的传输，所述耦合器的传输以及耦合，以及通过所述微波开关电路控制所述发射链路连通，将分离后的发射信号经所述同步天线发射出去；或者，通过所述接收链路，将通过所述同步天线接收到的雷达回波信号，经过所述耦合器的传输，所述环行器的传输，以及所述低噪声放大电路的放大后，传输至接收电路。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

在所述发射链路中，所述功放电路，用于对输入的发射信号进行功率放大；

所述环行器，用于对放大后的发射信号传输至所述耦合器；

所述耦合器，用于传输所述放大后的发射信号至所述微波开关，以及根据所述放大后的发射信号，生成所述分离后的发射信号，以及耦合信号，所述耦合信号用于生成定标信号；

所述微波开关电路，用于控制所述耦合器与所述同步天线的连通，以将分离后的发射信号通过所述同步天线辐射出去。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

在所述接收链路中，所述微波开关电路，还用于控制所述同步天线与所述耦合器的连通，以便将所述雷达回波信号传输至所述耦合器；

所述耦合器，还用于传输所述雷达回波信号至所述环行器；

所述环行器，还用于将所述雷达回波信号传输至所述低噪声放大电路；

所述低噪声放大电路，用于对所述雷达回波信号放大后，输出最终的接收信号至所述接收电路。

4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：低通滤波器，所述耦合器通过所述低通滤波器与所述微波开关电路连接；

所述低通滤波器，用于滤除所述分离后的发射信号或接收信号中的干扰信号。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：功分器，所述功分器与所述耦合器连接；

所述功分器，用于根据所述耦合信号合成所述定标信号。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括：主收发电路和备收发电路；所述主收发电路和所述备收发电路中均包括所述发射链路和所述接收链路；所述主收发电路和所述备收发电路均与所述微波开关电路连接；

所述微波开关电路中包括：双刀双掷开关和单刀双掷开关组件；

所述双刀双掷开关分别与所述主收发电路和所述备收发电路连接，所述双刀双掷开关用于切换所述主收发电路和所述备收发电路；

所述单刀双掷开关组件，所述单刀双掷开关与所述双刀双掷开关和所述同步天线连接，所述单刀双掷开关组件中的每个单刀双掷开关用于切换所述同步天线中的两路天线。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述低噪声放大电路包括：第一低噪声放大器，第二低噪声放大器和衰减器，所述第一低噪声放大器的输入端与所述环行器连接，所述第一低噪声放大器的输出端通过所述衰减器与所述第二低噪声放大器的输入端连接，所述第二低噪声放大器的输出端与所述接收电路连接；

所述第一低噪声放大器，用于对所述雷达回波信号进行放大后得到放大后的雷达回波接收信号并传输至所述衰减器；

所述衰减器，用于对所述放大后的雷达回波信号调整功率大小后，将调整后的雷达回波信号传输至所述第二低噪声放大器；

所述第二低噪声放大器，用于对所述调整后的雷达回波信号进行二次放大后，将最终的接收信号传输至所述接收电路。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微波开关电路、所述耦合器、所述环行器和所述低噪声放大电路构成接收链路，所述装置还包括：限幅器，所述限幅器与所述环行器和所述低噪声放大电路连接；所述限幅器对所述环行器传输的所述雷达回波信号进行限幅后，将所述限幅后的雷达回波信号传输至所述低噪声放大电路。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述双刀双掷开关和单刀双掷开关均为磁保持微波开关。

10.一种星载同步收发装置的信号处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项的星载同步收发装置中，所述方法包括：

通过功放电路对发射信号进行放大得到放大后的发射信号；

通过环行器将所述放大后的发射信号传输至耦合器；

通过所述耦合器将所述放大后的发射信号分离得到分离后的发射信号；

通过微波开关电路切换不同的所述同步天线将所述分离后的发射信号辐射出去；

或者，

通过同步天线接收到雷达回波信号；

通过微波开关电路将所述雷达回波信号传输至耦合器；

通过所述耦合器、环行器将所述雷达回波信号传输至低噪声放大电路；

通过所述低噪声放大电路对所述雷达回波信号放大后，得到放大后的雷达回波信号，并将所述最终的接收信号传输至接收电路。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过微波开关电路切换不同的所述同步天线将所述分离后的发射信号辐射出去，包括：

通过所述低通滤波器滤除所述分离后的发射信号中的干扰信号，得到去干扰的发射信号；

通过微波开关电路切换不同的所述同步天线将所述去干扰的发射信号辐射出去；

或者，

所述通过微波开关电路将所述雷达回波信号传输至耦合器，包括：

通过微波开关电路将所述雷达回波信号传输至低通滤波器进行干扰信号去除；

通过所述低通滤波器将去干扰的雷达回波信号传输至所述耦合器。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述通过环行器将所述放大后的发射信号传输至耦合器之后，所述方法还包括：

通过所述耦合器将所述放大后的发射信号分离得到耦合信号；

通过功分器对所述耦合信号合成定标信号并输出。

13.根据权利要求10至12任一项所述的方法，其特征在于，所述微波开关电路中包括：双刀双掷开关和单刀双掷开关，所述方法还包括：

通过所述双刀双掷开关切换主收发电路和备收发电路；

通过所述单刀双掷开关切换所述同步天线。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述低噪声放大电路将所述雷达回波信号放大，得到最终的接收信号，并将所述最终的接收信号传输至接收电路，包括：

通过第一低噪声放大器对所述雷达回波信号进行放大后，将放大后的雷达回波信号传输至所述衰减器；

通过所述衰减器对所述放大后的雷达回波信号调整功率大小后，将调整后的雷达回波信号传输至所述第二低噪声放大器；

通过所述第二低噪声放大器对所述调整后的雷达回波信号进行二次放大后，将最终的接收信号传输至所述接收电路。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通过所述耦合器、环行器将所述雷达回波信号传输至低噪声放大电路，包括：

通过所述耦合器、环行器将所述雷达回波信号传输至限幅器；

通过所述限幅器对所述环行器传输的雷达回波信号进行限幅后，将所述限幅后的雷达回波信号传输至所述低噪声放大电路。

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