CN113219500A - 一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，与飞机的控制系统连接，用于对库房内的飞机进行基于抗干扰的二次转发技术的卫星信号转发，所述卫星信号转发系统包括库外接收天线、信号处理机、库内发射天线、转发天线机；所述库外接收天线设置在库房外，用于接收卫星传输的卫星信号；所述信号处理机设置在库房内，且信号处理机的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线连接；所述信号处理机的输出端依次连接库内发射天线、转发天线机和飞机的控制系统；所述转发天线机和信号处理机上设置有用于对输入的卫星信号进行频偏设置的频偏模块；且所述转发天线机上的频偏模块与信号处理机上的频偏模块之间频偏匹配。
Description
技术领域
本发明属于航空飞机卫星定位技术领域，具体地说，涉及一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统。
背景技术
根据卫星定位原理，飞机通过卫星导航天线接收不少于四颗卫星的卫星信号，信号经接收机处理后得到卫星的空间坐标、距离测量值信息；然后接收机内部复制伪码，并将此复制码与其接收到的卫星信号做相关运算，最后根据所得的伪码自相关函数的峰值来测量码相位，进而得出飞机天线的空间位置，即实现飞机的精确定位。
然而在半封闭的机库内进行飞机定位工作时，经常会出现卫星定位失败的情况。原因在于：在半封闭环境下，天线除了能接收到卫星直射波信号，还能接收到多个穿透过多层介质和遭遇过多次反射而强度变弱的信号，即多路径效应；如果接收到的同一颗卫星的信号是由直射波和多个反射波叠加而成的，那么接收机内部复制的伪码会同时与直射波和各个反射波做相关运算，使原本只反映直射波码相位情况的自相关函数主峰遭到变形，从而严重时导致码相位失锁，即卫星定位失效。
目前卫星信号转发领域已有的技术在飞机机库这类半封闭环境下有如下缺点：
(1)传统的转发器只是将库外卫星信号接收并滤波放大，然后按同样的信号频率向库内转发，虽然解决了信号强度问题，并未有效排除半封闭环境较突出的多路径干扰；
(2)飞机的抗干扰卫导天线和接收机对多路径卫星信号的运算更为苛刻，穿透过多层介质和遭遇过多次反射而强度变弱的信号都可能不被飞机的卫星接收机接收而造成定位失效；因此传统的仅考虑信号增益强度处理的技术也不适用于解决半封闭环境下的飞机卫星定位问题。
发明内容
本发明针对现有技术的上述问题，提出了一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，通过设置信号处理器进行频偏处理后转发接收库外接收天线的卫星信号，并经由信号处理器将有频偏的卫星信号转发到库内发射天线，并由库内发射天线将有频偏的卫星信号发射给转发天线机，由转发天线机再次经过频偏处理还原为原卫星信号后二次转发给飞机的控制系统进行后续操作。本发明通过二次转发技术，并将信号处理器与转发天线机的频偏模块设置为匹配的频偏，从而保证两次频偏后的得到的是原本的卫星信号，本发明通过将卫星信号的频率偏移至特定频率后再向机库内发射，能够更大程度减少半封闭环境下真实卫星信号穿透和反射引起的多路径干扰效应。
本发明具体实现内容如下：
本发明提出了一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，与飞机的控制系统连接，用于对库房内的飞机进行基于抗干扰的二次转发技术的卫星信号转发，所述卫星信号转发系统包括库外接收天线、信号处理机、库内发射天线、转发天线机；
所述库外接收天线设置在库房外，用于接收卫星传输的卫星信号；所述信号处理机设置在库房内，且信号处理机的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线连接；所述信号处理机的输出端依次连接库内发射天线、转发天线机和飞机的控制系统；
所述转发天线机和信号处理机上设置有用于对输入的卫星信号进行频偏设置的频偏模块；且所述转发天线机上的频偏模块与信号处理机上的频偏模块之间频偏匹配。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述信号处理机包括A/D模块、信号处理FPGA模块、D/A模块、倍频器、E2ROM模块、DSP模块、Flash模块；
信号处理机的所述A/D模块的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线连接，输出端依次连接信号处理FPGA模块、D/A模块，并通过D/A模块的输出端与所述库内发射天线连接；
所述倍频器通过E2ROM模块与所述信号处理FPGA模块连接；
所述DSP模块与所述信号处理FPGA模块连接，所述Flash模块搭接在所述DSP模块上。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述信号处理FPGA模块包括依次连接的第一射频滤波器、第一调制单元、第一放大器、第一正交解调单元、第一低通滤波单元、第一正交输出单元、第二低通滤波单元、第一正交调制单元、第一数控衰减单元、第一开关选择单元、第二数控衰减单元、第二放大器；所述第一放大器还与所述第一开关选择单元连接；
还包括第一频率本振单元、第一二公分单元；所述第一二公分单元分别与第一正交解调单元、第一正交调制单元以及第一频率本征单元连接；
所述第一调制单元还连接有LO本振信号。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述转发天线机包括A/D模块、信号处理FPGA模块、D/A模块、倍频器、E2ROM模块、DSP模块、Flash模块；
转发天线机的所述A/D模块的输入端与所述库内发射天线连接，输出端依次连接信号处理FPGA模块、D/A模块，并通过D/A模块的输出端与所述飞机的控制系统连接；
所述倍频器通过E2ROM模块与所述信号处理FPGA模块连接；
所述DSP模块与所述信号处理FPGA模块连接，所述Flash模块搭接在所述DSP模块上。
为了更好地实现本发明，进一步地，转发天线机的所述信号处理FPGA模块包括依次连接的第二射频滤波器、第二调制单元、第三放大器、第一正交解调单元、第三低通滤波单元、二正交输出单元、第四低通滤波单元、第二正交调制单元、第三数控衰减单元、第二开关选择单元、第四数控衰减单元、第四放大器；所述第三放大器还与所述第二开关选择单元连接；
还包括第二频率本振单元、第二二公分单元；所述第二二公分单元分别与第二正交解调单元、第二正交调制单元以及第二频率本征单元连接；
所述第二调制单元还连接有LO本振信号。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述转发天线机外壳设置为罩体形结构，在所述罩体形结构内部增设信号吸波涂层。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
（1）本发明采用的第一次转发的装置为信号处理机，其具有频偏功能，且偏移档位软件可调；将卫星信号的频率偏移至特定频率后再向机库内发射，能够更大程度减少半封闭环境下真实卫星信号穿透和反射引起的多路径干扰效应；
（2）本发明的转发天线机为置于飞机卫导天线上的天线罩，该天线罩的信号接收机能够接收具有频偏的转发信号，频偏档位软件可调，且与信号处理机输出信号的频偏匹配；反变换处理后得到的真实卫星信号再转发至飞机天线，保证飞机对真实卫星信号的接收；
（3）本发明采取频偏可调的二次转发技术不仅能有效减少本机接收卫星信号的多路径干扰，而且在相邻机位采取不同频率进行二次转发，还能避免同频率转发装置之间的相互干扰；
（4）本发明在天线罩的设计方面：不仅具有信号屏蔽功能，保证外部干扰信号的消除；而且内部增加信号吸波涂层，有效减少罩内信号反射产生的多路径干扰。
附图说明
图1为本发明系统架构示意图；
图2为本发明信号处理机和转发天线机的内部信号处理系统结构示意图；
图3为本发明图2中信号处理FPGA模块的具体系统结构示意图。
其中：1、库外接收天线，2、信号处理机，3、库内发射天线，4、转发天线机，5、库房，6、飞机。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，与飞机6的控制系统连接，用于对库房5内的飞机6进行基于抗干扰的二次转发技术的卫星信号转发，如图1所示，所述卫星信号转发系统包括库外接收天线1、信号处理机2、库内发射天线3、转发天线机4；
所述库外接收天线1设置在库房5外，用于接收卫星传输的卫星信号；所述信号处理机2设置在库房5内，且信号处理机2的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线1连接；所述信号处理机2的输出端依次连接库内发射天线3、转发天线机4和飞机6的控制系统；
所述转发天线机4和信号处理机2上设置有用于对输入的卫星信号进行频偏设置的频偏模块；且所述转发天线机4上的频偏模块与信号处理机2上的频偏模块之间频偏匹配。
工作原理：本发明采用的第一次转发的装置为信号处理机2，其具有频偏功能，且偏移档位软件可调；将卫星信号的频率偏移至特定频率后再向库房5内发射，能够更大程度减少半封闭环境下真实卫星信号穿透和反射引起的多路径干扰效应；本发明的转发天线机4为置于飞机卫导天线上的天线罩，该天线罩的转发天线机4能够接收具有频偏的转发信号，频偏档位软件可调，且与信号处理机输出信号的频偏匹配；反变换处理后得到的真实卫星信号再转发至飞机天线，保证飞机对真实卫星信号的接收；本发明采取频偏可调的二次转发技术不仅能有效减少本机接收卫星信号的多路径干扰，而且在相邻机位采取不同频率进行二次转发，还能避免同频率转发装置之间的相互干扰；
实施例2：
本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，如图2、图3所示，所述信号处理机2包括A/D模块、信号处理FPGA模块、D/A模块、倍频器、E2ROM模块、DSP模块、Flash模块；
信号处理机2的所述A/D模块的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线1连接，输出端依次连接信号处理FPGA模块、D/A模块，并通过D/A模块的输出端与所述库内发射天线3连接；
所述倍频器通过E2ROM模块与所述信号处理FPGA模块连接；
所述DSP模块与所述信号处理FPGA模块连接，所述Flash模块搭接在所述DSP模块上；
进一步地，所述信号处理FPGA模块包括依次连接的第一射频滤波器、第一调制单元、第一放大器、第一正交解调单元、第一低通滤波单元、第一正交输出单元、第二低通滤波单元、第一正交调制单元、第一数控衰减单元、第一开关选择单元、第二数控衰减单元、第二放大器；所述第一放大器还与所述第一开关选择单元连接；
还包括第一频率本振单元、第一二公分单元；所述第一二公分单元分别与第一正交解调单元、第一正交调制单元以及第一频率本征单元连接；
所述第一调制单元还连接有LO本振信号。
工作原理：信号处理机2主要完成中频信号数字化采样、抗干扰处理、信号解调、解扩处理、同步信号提取等功能，对剥离噪声的卫星信号进行反调制、数字域合成、数模转换处理。信号处理采用直接中频采样和全数字化信号处理方案实现；数据处理采用DSP来完成信号的捕获、跟踪及定位、测速等算法。该处理机主要由A/D、D/A、FPGA、DSP等组成。
具体的信号处理的信号处理FPGA模块的系统结构如图3所示，中频信号经过A/D模块输入到信号处理FPGA中，通过串口向正交解调和正交调制下发参数控制命令来实现频率偏移。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，所述转发天线机4包括A/D模块、信号处理FPGA模块、D/A模块、倍频器、E2ROM模块、DSP模块、Flash模块；
转发天线机4的所述A/D模块的输入端与所述库内发射天线3连接，输出端依次连接信号处理FPGA模块、D/A模块，并通过D/A模块的输出端与所述飞机6的控制系统连接；
所述倍频器通过E2ROM模块与所述信号处理FPGA模块连接；
所述DSP模块与所述信号处理FPGA模块连接，所述Flash模块搭接在所述DSP模块上。
为了更好地实现本发明，进一步地，转发天线机3的所述信号处理FPGA模块包括依次连接的第二射频滤波器、第二调制单元、第三放大器、第一正交解调单元、第三低通滤波单元、二正交输出单元、第四低通滤波单元、第二正交调制单元、第三数控衰减单元、第二开关选择单元、第四数控衰减单元、第四放大器；所述第三放大器还与所述第二开关选择单元连接；
还包括第二频率本振单元、第二二公分单元；所述第二二公分单元分别与第二正交解调单元、第二正交调制单元以及第二频率本征单元连接；
所述第二调制单元还连接有LO本振信号。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述转发天线机3外壳设置为罩体形结构，设置在飞机6的卫导天线上，在所述罩体形结构内部增设信号吸波涂层。
工作原理：将转发天线机4设置来和信号处理机2一样的构造，通过频偏匹配实现二次转发还原。本发明在天线罩的设计方面：不仅具有信号屏蔽功能，保证外部干扰信号的消除；而且内部增加信号吸波涂层，有效减少罩内信号反射产生的多路径干扰。
本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，与飞机（6）的控制系统连接，用于对库房（5）内的飞机（6）进行基于抗干扰的二次转发技术的卫星信号转发，其特征在于，包括库外接收天线（1）、信号处理机（2）、库内发射天线（3）、转发天线机（4）；
所述库外接收天线（1）设置在库房（5）外，用于接收卫星传输的卫星信号；所述信号处理机（2）设置在库房（5）内，且信号处理机（2）的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线（1）连接；所述信号处理机（2）的输出端依次连接库内发射天线（3）、转发天线机（4）和飞机（6）的控制系统；
所述转发天线机（4）和信号处理机（2）上设置有用于对输入的卫星信号进行频偏设置的频偏模块；且所述转发天线机（4）上的频偏模块与信号处理机（2）上的频偏模块之间频偏匹配。
2.如权利要求1所述的一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，其特征在于，所述信号处理机（2）包括A/D模块、信号处理FPGA模块、D/A模块、倍频器、E2ROM模块、DSP模块、Flash模块；
信号处理机（2）的所述A/D模块的输入端通过射频电缆与所述库外接收天线（1）连接，输出端依次连接信号处理FPGA模块、D/A模块，并通过D/A模块的输出端与所述库内发射天线（3）连接；
所述倍频器通过E2ROM模块与所述信号处理FPGA模块连接；
所述DSP模块与所述信号处理FPGA模块连接，所述Flash模块搭接在所述DSP模块上。
3.如权利要求2所述的一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，其特征在于，所述信号处理FPGA模块包括依次连接的第一射频滤波器、第一调制单元、第一放大器、第一正交解调单元、第一低通滤波单元、第一正交输出单元、第二低通滤波单元、第一正交调制单元、第一数控衰减单元、第一开关选择单元、第二数控衰减单元、第二放大器；所述第一放大器还与所述第一开关选择单元连接；
还包括第一频率本振单元、第一二公分单元；所述第一二公分单元分别与第一正交解调单元、第一正交调制单元以及第一频率本征单元连接；
所述第一调制单元还连接有LO本振信号。
4.如权利要求1所述的一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，其特征在于，所述转发天线机（4）包括A/D模块、信号处理FPGA模块、D/A模块、倍频器、E2ROM模块、DSP模块、Flash模块；
转发天线机（4）的所述A/D模块的输入端与所述库内发射天线（3）连接，输出端依次连接信号处理FPGA模块、D/A模块，并通过D/A模块的输出端与所述飞机（6）的控制系统连接；
所述倍频器通过E2ROM模块与所述信号处理FPGA模块连接；
所述DSP模块与所述信号处理FPGA模块连接，所述Flash模块搭接在所述DSP模块上。
5.如权利要求4所述的一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，其特征在于，转发天线机（3）的所述信号处理FPGA模块包括依次连接的第二射频滤波器、第二调制单元、第三放大器、第一正交解调单元、第三低通滤波单元、二正交输出单元、第四低通滤波单元、第二正交调制单元、第三数控衰减单元、第二开关选择单元、第四数控衰减单元、第四放大器；所述第三放大器还与所述第二开关选择单元连接；
还包括第二频率本振单元、第二二公分单元；所述第二二公分单元分别与第二正交解调单元、第二正交调制单元以及第二频率本征单元连接；
所述第二调制单元还连接有LO本振信号。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于半封闭环境下的卫星信号转发系统，其特征在于，所述转发天线机（3）外壳设置为罩体形结构，在所述罩体形结构内部增设信号吸波涂层。
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