CN111781612B - 一种星载gnss掩星接收机探测系统 - Google Patents

一种星载gnss掩星接收机探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种星载GNSS掩星接收机探测系统，包括天线和接收机，所述天线与所述接收机连接，所述接收机包括依次连接的信号处理组件、时序控制组件和存储单元，所述信号处理组件用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，并输送到所述时序控制组件，所述时序控制组件用于将同一时序的多个测量数据合成一个，存储于存储单元。本发明优化了天线信号的处理过程，实现了三路不同信号的整合，降低了数传压力，提高了测量数据的连续性和测量精度。

Description

一种星载GNSS掩星接收机探测系统
技术领域
本发明属于空间探测技术领域，特别涉及一种星载GNSS掩星接收机探测系统。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)无线电掩星技术是指：利用处于地面的GNSS接收机或搭载在低地球轨道飞行器上的GNSS接收机接收到来自某颗GNSS卫星播发的无线电信号，并记录下无线电信号的相位和振幅等信息。当GNSS接收机与GNSS卫星连线擦过地球表面时，就构成了一次掩星事件，利用这次掩星过程中记录下无线电信号的相位和振幅等信息，加上GNSS卫星的轨道等约束信息，可以反演出地球大气温度、气压、水汽气压和电离层电子密度等参数。星载GNSS掩星接收机需要处理一个定位天线和两个掩星天线的信号，处理的信号量大、与卫星之间的数据传输量大；在宇宙环境中，由于会受到在轨单粒子打翻等原因的影响，会导致数据出现异常，影响探测结果的准确性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种星载GNSS掩星接收机探测系统，优化了天线信号的处理过程，实现了三路不同信号的整合，降低了数传压力，提高了测量数据的连续性和测量精度。
本发明采用的技术方案是：一种星载GNSS掩星接收机探测系统，包括天线和接收机，所述天线与所述接收机连接，所述接收机用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，并将同一时序的多个测量数据合成一个。
作为优选，所述接收机包括依次连接的信号处理组件、时序控制组件和存储单元，所述信号处理组件用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，并输送到所述时序控制组件，所述时序控制组件用于将同一时序的多个测量数据合成一个，存储于存储单元。
作为优选，所述时序控制组件包括依次连接的帧头判定单元、帧计数判定单元和数据包单元，所述帧头判定单元用于对数据的帧头进行判定，剔除不符合条件的数据，所述帧计数判定单元用于对数据的帧计数值进行判定和比较，所述数据包单元用于数据的合成处理。
作为优选，所述数据包单元包括数据包A、数据包B和数据包C，所述数据包A、数据包B均与所述帧计数判定单元连接，所述数据包C与所述数据包A、数据包B连接；所述数据包A用于进行数据的打包处理；所述数据包B用于删除单一帧计数值的数据，对空缺的数据进行补充，再进行数据的打包处理；数据包C用于存储打包处理后的数据并输出数据。
作为优选，所述信号处理组件包括依次连接的射频处理单元、基带处理单元、预处理单元和编码单元。
作为优选，所述信号处理组件还包括缓存单元，所述缓存单元位于所述编码单元和帧头判定单元之间，并分别与编码单元和帧头判定单元连接。
作为优选，所述天线包括两个掩星天线和一个定位天线，所述射频处理单元、基带处理单元、编码单元、缓存单元、帧头判定单元和帧计数判定单元的数量均为三个，并分别天线一一对应。
作为优选，所述接收机还包括解码单元、控制指令单元和数据单元，所述解码单元用于对卫星星务/数传单元输入的数据进行解码，判断是控制指令或常规数据，所述控制指令单元用于存储和转发控制指令，所述数据单元用于存储和转发常规数据。
作为优选，所述接收机还包括用于提供系统时钟的时钟单元。
作为优选，所述接收机还包括用于为接收机供电的供电组件，所述供电组件包括供电选通单元和四个供电单元，所述供电选通单元用于控制四个供电单元的选通，四个供电单元分别适配5V、12V、28V和42V的卫星供电电压。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1.本发明的时序控制组件可以完成三路不同信号的整合，通过帧头判定单元、帧计数判定单元的设置增加了数据的可靠性，避免由于在轨单粒子打翻等原因导致的数据异常，同时通过数据包单元的设置增加了数据质量的判定，通过对数据质量的判定来决定采用何种数据打包方式，通过采用轨道动力学模型的插值办法，在数据缺失的情况下尽可能的保证了测量精度；
2.本发明的射频处理单元和基带处理单元采用了分开化设计，减少了相互之间的耦合性，增加了各个处理单元的可靠性，同时采用单独的编码单元、缓存单元，增加了编码的可靠性；
3.本发明通过解码单元的设置，增加了接收机的兼容性，即可以完成指令的控制，也可完成数据的输送，同时存储单元可以根据不同的卫星状态进行数据的输出或者不输出，提高了系统的独立性，同时也减轻了卫星数传的压力；
4.本发明的供电组件配备了5V、12V、28V、42V四种不同规格的供电单元，由供电选通单元根据实际情况控制选通，大大提高了系统的安全性，并可与国内大多数卫星平台兼容。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的接收机的结构示意图；
图3为本发明的信号处理组件的结构示意图；
图4为本发明的时序控制组件的结构示意图；
图5为本发明的5V供电单元的结电路图；
图6为本发明的12V供电单元的结电路图；
图7为本发明的28V供电单元的结电路图。
图中1-定位天线，2-掩星天线，3-卫星供电系统，4-卫星星务/数传单元，5-存储单元，6-解码单元，7-控制指令单元，8-数据单元，9-供电组件，10-时钟单元，11-射频处理单元，12-基带处理单元，13-预处理单元，14-编码单元，15-缓存单元，16-帧头判定单元，17-帧计数判定单元，18-数据包A，19-数据包C，20-数据包B。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例公开了一种星载GNSS掩星接收机探测系统，如图1-2所示，其包括天线和接收机，所述天线与所述接收机连接，所述天线包括两个掩星天线2和一个定位天线1，所述接收机包括信号处理组件、时序控制组件、存储单元5、解码单元6、控制指令单元7、数据单元8、时钟单元10和供电组件9。
如图3所示，所述信号处理组件用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，所述信号处理组件包括依次连接的射频处理单元11、基带处理单元12、预处理单元13、编码单元14和缓存单元15。其中所述射频处理单元11、基带处理单元12、编码单元14、缓存单元15的数量均为三个，并分别天线一一对应。两个掩星射频处理单元11采用相同的结构，分别接收两个掩星天线2的高动态掩星信号，对信号进行射频处理，然后传输给对应的掩星基带处理单元12，掩星基带处理单元12也是两个，分别对信号进行基带处理，然后传输到预处理单元13。定位射频处理单元11和定位基带处理单元12的数量都是一个，分别完成定位天线1信号的射频处理和基带处理，然后也传输到预处理单元13。射频处理单元11、基带处理单元12可以完成GPS L1/L2/L5和北斗B1/B2/B3，6个频点的信号处理。预处理单元13主要完成基带数据的预处理功能，剔除无效数据，对三个基带数据的质量进行判定，删除不符合要求的数据，将符合要求的数据分别输送至编码单元14。两个编码单元14采用相同的设计方案，对输入的掩星测量数据按照要求进行编码，另一个编码单元14对输入的定位测量量按照要求进行编码。三个缓存单元15分别对编码单元14输出的数据进行缓存，缓存方式采用乒乓缓存。
如图4所示，所述时序控制组件用于将同一时序的多个测量数据合成一个，存储于存储单元5。所述时序控制组件包括依次连接的帧头判定单元16、帧计数判定单元17和数据包单元，所述数据包单元包括数据包A18、数据包B20和数据包C19。三个帧头判定单元16分别判定对应的缓存单元15的帧头数据，保留符合条件的数据，剔除不符合条件的数据；然后三个帧计数判定单元17分别判定对应的缓存单元15数据的帧计数值，选用第一个帧计数判定单元17判定的帧计数值作为基准值，另两个帧计数判定单元17分别做差。当两个差值均为0，则将数据输入到数据包单元的数据包A18，否则输入到数据包B20。
数据包A18对数据进行打包处理：对三个数据的长度进行判定，选定其中最长的一个作为基准，并将另外两个数据末尾填充5A5A(16进制)进行长度补齐，然后将三个数据顺序排列，再加上新的总帧头，并计算合并后的数据的校验和。校验方式可以选取CRC校验方式，也可以选取其它校验方式。数据包A18完成数据的打包处理后，转存至数据包C19，并在下一个发送周期将数据输出至存储单元5。
在数据包B20中：只有一个差值不为0，则将不为0的数据剔除，数据由数据包C19内的数据按照动卫星轨道动力学模型进行插值，并将插值后的数据填充至相应的数据定长单元；若两个差值均不为0且值相同，则将第一个帧计数判定单元17内的数据进行替换，同样采用数据包C19内的相应的数据定长单元进行插值；若两个差值均不为0且值不相同，则本包数据均舍弃，数据包B20内的三个数据均采用数据包C19内数据进行插值补充。这样可以保证测量数据的连续性，以及在数据发生非连续时可尽可能的保证测量精度。数据包B20完成数据的打包处理后，同样转存至数据包C19，并在下一个发送周期将数据输出至存储单元5。
所述解码单元6用于对卫星星务/数传单元4输入的数据进行解码，并进行判定，对于符合要求(帧头、校验和都一致的)的数据进行解码，并根据帧头进行判定，判定数据是控制指令还是常规数据。如果数据是控制指令，则将数据输出至控制指令单元7，如果数据是常规数据，则将数据输出至数据单元8，解码单元6同时还起到对系统的保护作用，防止系统由于接收错误指令导致的系统误操作等。控制指令单元7主要是完成控制指令的缓存及执行，首先将控制指令缓存至内部单元，然后控制存储单元5的存储及输出，向卫星星务/数传单元4输出其存储的数据。数据单元8主要存储常规数据，并将常规数据输送至预处理单元13，预处理单元13向各个基带处理单元12分发数据。
所述供电组件9与卫星供电系统3相连，其包括供电选通单元和四个供电单元，所述供电选通单元用于控制四个供电单元的选通，四个供电单元分别适配5V、12V、28V和42V的卫星供电电压，为接收机提供1.0V、1.8V、3.3V、5V及12V电压。如图5-7所示，供电单元的一次电源通过对外接插件输入，供电节点采用双点双线设计，电源输入首先经过过流保护电路，保证整机后端出现短路现象，能够及时与整星一次电源断开，然后电源通过MOS管电路，进行浪涌抑制，最后通过DC-DC芯片转换输出后端电路所需的电压。28V供电单元和42V供电单元的电路相近，均采用具有隔离功能的滤波器QPI-12和MQPI-18进行EMI滤波设计。
时钟单元10为所述接收机提供系统时钟。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (7)

1.一种星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：包括天线和接收机，所述天线与所述接收机连接，所述接收机用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，并将同一时序的多个测量数据合成一个；
所述接收机包括依次连接的信号处理组件、时序控制组件和存储单元，所述信号处理组件用于对天线信号进行射频处理、基带处理和编码处理，形成测量数据，并输送到所述时序控制组件，所述时序控制组件用于将同一时序的多个测量数据合成一个，存储于存储单元；
所述时序控制组件包括依次连接的帧头判定单元、帧计数判定单元和数据包单元，所述帧头判定单元用于对数据的帧头进行判定，剔除不符合条件的数据，所述帧计数判定单元用于对数据的帧计数值进行判定和比较，所述数据包单元用于数据的合成处理；
所述数据包单元包括数据包A、数据包B和数据包C，所述数据包A、数据包B均与所述帧计数判定单元连接，所述数据包C与所述数据包A、数据包B连接；所述数据包A用于进行数据的打包处理；所述数据包B用于删除单一帧计数值的数据，对空缺的数据进行补充，再进行数据的打包处理；数据包C用于存储打包处理后的数据并输出数据。
2.如权利要求1所述的星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：所述信号处理组件包括依次连接的射频处理单元、基带处理单元、预处理单元和编码单元。
3.如权利要求2所述的星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：所述信号处理组件还包括缓存单元，所述缓存单元位于所述编码单元和帧头判定单元之间，并分别与编码单元和帧头判定单元连接。
4.如权利要求3所述的星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：所述天线包括两个掩星天线和一个定位天线，所述射频处理单元、基带处理单元、编码单元、缓存单元、帧头判定单元和帧计数判定单元的数量均为三个，并分别天线一一对应。
5.如权利要求1所述的星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：所述接收机还包括解码单元、控制指令单元和数据单元，所述解码单元用于对卫星星务/数传单元输入的数据进行解码，判断是控制指令或常规数据，所述控制指令单元用于存储和转发控制指令，所述数据单元用于存储和转发常规数据。
6.如权利要求1所述的星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：所述接收机还包括用于提供系统时钟的时钟单元。
7.如权利要求1所述的星载GNSS掩星接收机探测系统，其特征在于：所述接收机还包括用于为接收机供电的供电组件，所述供电组件包括供电选通单元和四个供电单元，所述供电选通单元用于控制四个供电单元的选通，四个供电单元分别适配5V、12V、28V和42V的卫星供电电压。
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