CN114355402A - 星载多维gnss-s雷达系统与舰船目标探测方法 - Google Patents

星载多维gnss-s雷达系统与舰船目标探测方法 Download PDF

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CN114355402A CN202111643089.XA CN202111643089A CN114355402A CN 114355402 A CN114355402 A CN 114355402A CN 202111643089 A CN202111643089 A CN 202111643089A CN 114355402 A CN114355402 A CN 114355402A
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Abstract

本发明提出了一种星载多维GNSS‑S(Global Navigation Satellite System‑Scatter)雷达系统与舰船目标探测方法，系统包括：直达信号接收模块(1)，用于接收多颗导航卫星的直达信号；发射星选取模块(2)，用于筛选出合适的导航卫星作为信号源；目标回波信号接收模块(3)，用于接收探测目标的多维后向散射信号；多维图像融合模块(4)，用于多频点和多角度的多维图像融合；循环控制及目标信息提取模块(5)，用于根据融合图像是否满足要求决定是否提取目标信息。本发明具备分辨率高、信杂噪比高、海面舰船目标探测能力强的特点。

Description

星载多维GNSS-S雷达系统与舰船目标探测方法
技术领域
本发明涉及一种星载多维GNSS-S雷达系统与舰船目标探测方法。
背景技术
随着GNSS的发展，利用GNSS反射信号对地球表面参数的测量技术(GNSS-R，GlobalNavigation Satellite System-Scatter)已经成为遥感和探测领域重要研究方向。导航卫星发射的导航信号经过地表反射后携带了发射面的特征信息，从而导致信号特性发生改变，而该变化则与发射面的物理特性相关。如此，通过对导航信号直反射信号的相关处理，可以实现对反射面物理特性的反演，这种技术被广泛应用于海面风速反演、海面有效波高测量和土壤湿度反演等遥感和雷达领域。但是，现有的雷达系统在对海面目标进行探测时，海面的反射信号会形成较强的杂波干扰，并且双基站雷达系统的距离分辨率与双基站角的余弦成反比，使得系统的复杂度较高，回波信号信杂噪比较低，距离分辨率也较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种星载多维GNSS-S(Global Navigation SatelliteSystem-Scatter)雷达系统与舰船目标探测方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种星载多维GNSS-S雷达系统与舰船目标探测方法，系统包括：
直达信号接收模块，用于接收多颗导航卫星的直达信号；
发射星选取模块，用于筛选出合适的导航卫星作为信号源；
目标回波信号接收模块，用于接收探测目标的多维后向散射信号；
多维图像融合模块，用于进行多频点和多角度的多维图像融合；
循环控制及目标信息提取模块，用于根据融合图像是否满足要求决定是否提取目标信息。
根据本发明的一个方面，所述直达信号接收模块包括：
天顶天线，阵元数为2×2，用于接收来自导航卫星的多维直达信号；
第一多频点单通道接收机，用于同步接收多个载频的直达信号；
所述第一多频点单通道接收机包括：
第一带通滤波器，用于对直达信号进行带通滤波，去除导航卫星的带宽信号；
第一三级放大器，用于对经过滤波的直达信号进行功率放大；
第二带通滤波器，用于对放大后的直达信号进行带通滤波；
第一ADC(模数转换器)采样器，用于对经过再次滤波的直达信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号；
第一FPGA(现场可编辑门阵列)平台，用于对数字信号进行存储、正交解调及滤波；
第一时钟源，用于为所述第一ADC采样器和所述第一FPGA平台提供时钟信号。
根据本发明的一个方面，所述发射星选取模块包括：
系统自身位置解算模块，用于解算所述系统自身的位置；
最优散射源筛选模块，用于根据所述系统的较强后向散射信号和较高距离分辨率原则筛选出最优的导航卫星作为信号源；
导航卫星运动轨迹提取模块，用于提取一段时间内的导航卫星运动轨迹。
根据本发明的一个方面，所述目标回波信号接收模块包括：
相控阵散射天线，具有右旋圆极化接收能力，用于接收来自探测目标的多维后向散射信号；
第二多频点单通道接收机，用于同步接收右旋圆极化的多频点散射信号；
所述第二多频点单通道接收机包括：
第三带通滤波器，用于对后向散射信号进行带通滤波，去除导航卫星的带宽信号；
第二三级放大器，用于对经过滤波的后向散射信号进行功率放大；
数字衰减器，用于对放大的后向散射信号进行衰减；
第四带通滤波器，用于对衰减后的后向散射信号进行带通滤波；
第二ADC采样器，用于对经过再次滤波的后向散射信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号；
第二FPGA平台，用于对数字信号进行存储、正交解调及滤波，并向所述数字衰减器进行反馈；
第二时钟源，用于为所述第二ADC采样器和所述第二FPGA平台提供时钟信号。
根据本发明的一个方面，所述多维图像融合模块用于对多频点和多角度的多维散射信号进行BP成像，并在成像后对多维图像进行图像配准，再利用非相干图像融合方法实现多频点和多角度的多维图像融合。
根据本发明的一个方面，所述循环控制及目标信息提取模块包括：
高度角及方位角设定模块，用于调整高度角和方位角；
信杂噪比判断模块，用于判断融合图像的目标信杂噪比是否大于等于系统参数；
目标信号提取模块，用于从融合图像中提取目标信息。
根据本发明的一个方面，FPGA平台包括：
带通滤波器组，用于对数字信号进行带通滤波，分离出不同载频的子带信号；
数字信号发生器，用于产生IQ解调所需的不同载频的余弦信号与负的正弦信号；
第一乘法器，用于将滤波后的数字信号与负的正弦信号相乘；
第一低通滤波器，用于对所述第一乘法器输出的信号进行低通滤波得到Q路信号；
第二乘法器，用于将滤波后的数字信号与余弦信号相乘；
第二低通滤波器，用于对所述第二乘法器输出的信号进行低通滤波得到I路信号；
加法器，用于将I路信号和Q路信号相加；
跟踪和搜索器，用于提供匹配滤波所需的编码和多普勒频移数值；
匹配滤波器，用于对IQ解调后的信号进行匹配滤波。
一种舰船目标探测方法，包括以下步骤：
a、获取来自导航卫星的多维直达信号和来自探测目标的多维后向散射信号；
b、筛选合适的导航卫星作为信号源；
c、进行多频点和多角度的多维图像融合；
d、根据融合图像是否满足要求决定是否提取目标信息。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，多频点单通道接收机使用输入信号带宽大于1.6GHz的ADC对多个载频散射信号在射频域进行带通采样，在数字域利用带通滤波器组对多个载频信号进行滤波分离；
利用DDS(直接数字合成器)产生相应载频的本振信号对不同载频信号进行IQ解调，利用相应参考码对不同载频信号进行匹配滤波；
ADC采样率fs的选择原则为：
目标散射信号有n个不同载频的子带信号，第i个子带信号的载频为fci，带宽为Bi，第i个子带信号经过整数mi个采样周期可延拓到可视范围内的子带边界为：
[fci-mi*fs-Bi/2，fci-mi*fs+Bi/2]；
其中，
-fs/2≤fci-mi*fs-Bi/2≤fs/2；
-fs/2≤fci-mi*fs+Bi/2≤fs/2，i＝1～n；
采样率fs使n个子带中的任意两个相邻子带边界集合不重叠，并且集合之间的间隔大于各自带宽和的一半，其中任意两个子带为i和k，k＝1～n且k≠i，则第k个子带信号的子带边界为：
[fck-mk*fs-Bk/2，fck-mk*fs+Bk/2]；
其中，(fck-mk*fs-Bk/2)≤(fci-mi*fs-Bi/2)，则采样率fs使边界集合满足以下条件：
[(fci-mi*fs-Bi/2)-(fck-mk*fs+Bk/2)]≥(Bi/2+Bk/2)。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，根据雷达系统自身位置及导航卫星运动轨迹信息，进行最优的散射源筛选，筛选原则为：
以雷达系统自身位置为原点，建立站心坐标系，则探测目标区域中心方位角为ψP，接收天线入射角为θR，导航卫星K的坐标为(ψk，θk)；
雷达系统以延长线为中心确定方位角及高度角的筛选范围为：
Figure BDA0003444304910000061
其中，ψk取值周期为360°；
根据系统距离分辨率原则筛选卫星，初始要求(△ψ，△θ)为：
Figure BDA0003444304910000062
在所述步骤(d)中，若融合图像的目标信杂噪比大于等于系统参数，则提取目标信息；否则，按照
Figure BDA0003444304910000063
拓宽筛选高度角和方位角的范围后，返回所述步骤(b)，直到融合图像的目标信杂噪比满足系统参数要求；
其中，δψ和δθ的取值范围为2°-5°。
根据本发明的一个方案，系统利用多颗导航卫星作为信号源，并利用阵元数为2×2的阵列天线作为天顶天线，接收来自多颗导航卫星的多维直达信号，利用相控阵天线作为散射天线，接收来自探测目标的多维后向散射信号。接收天线接收到信号后，使用单通道接收机在射频域对多个载频散射信号直接进行带通采样，再在数字域利用带通滤波器组进行滤波分离，实现对多个载频散射信号的同步接收，从而减少了接收通道的规模(数目)，实现了系统成本及重量的降低，同时使得系统复杂度降低、体积更小、功耗更低，从而为星载雷达系统的小型化、轻量化、集成化和芯片化奠定了基础。
根据本发明的一个方案，系统利用自身定位和导航卫星运动轨迹作为输入参数进行最优散射源筛选，即根据散射天线接收到的来自探测目标的较强后向散射信号(较强的信杂噪比)与较高的系统距离分辨率原则，筛选出合适的多颗导航卫星作为信号源，从而能够同步获取同一探测区域的多角度散射信号。再利用BP(Back Projection)成像以及非相干图像融合方法实现多频点和多角度的多维图像融合，从而提升了舰船目标信杂噪比与轮廓信息，进而提升星载雷达系统对舰船目标的检测和识别能力。相比于现有的星载GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflectometry)导航接收系统而言，使星载雷达具备了对大范围海面舰船目标高分辨率成像与高性能探测能力，具备分辨率高、信杂噪比高、海面舰船目标探测能力强等优势，因此具有较高的应用价值和广阔的市场应用前景。
附图说明
图1示意性表示本发明的一种实施方式的雷达系统的原理框图；
图2示意性表示本发明的一种实施方式的第一多频点单通道接收机(接收直达信号)的原理框图；
图3示意性表示本发明的一种实施方式的第二多频点单通道接收机(接收后向散射信号)的原理框图；
图4示意性表示本发明的一种实施方式的射频信号频谱图；
图5示意性表示本发明的一种实施方式的ADC采样频谱图
图6示意性表示本发明的一种实施方式的匹配滤波结果图；
图7示意性表示本发明的一种实施方式的FPGA平台的原理框图；
图8表示本发明的一种实施方式的卫星选取几何示意图；
图9表示本发明的一种实施方式的多维图像融合示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1，本发明的(无源星载多维GNSS-S)雷达系统可进行多角度联合探测，属于一种星载多维GNSS-S雷达系统与舰船目标探测方法，其包括：直达信号接收模块1，用于接收多颗导航卫星的多维直达信号；发射星选取模块2，用于根据散射天线可接收到来自探测目标的较强后向散射信号(较强的信杂噪比)及较高的系统距离分辨率原则，筛选出合适的导航卫星作为信号源；目标回波信号接收模块3，用于利用单极化相控阵天线作为散射天线接收来自探测目标的多维后向散射信号；多维图像融合模块4，用于进行图像融合；循环控制及目标信息提取模块5，用于对融合图像的舰船目标信杂噪比进行判断，并在满足系统参数要求时提取舰船目标信息(结束循环)，否则拓宽筛选角度范围继续进行循环。
本发明中，直达信号接收模块1包括：天顶天线11，阵元数为2×2，用于接收来自导航卫星的多维直达信号；第一多频点单通道接收机12，用于同步接收多个载频直达信号。如图2所示，用于接收多维直达信号的第一多频点单通道接收机12包括：第一带通滤波器121(BPF)，用于对接收到的多维直达信号进行带通滤波，去除(即滤出)导航卫星的相应带宽信号；第一三级放大器122(LAN)，用于对经过滤波的直达信号进行功率放大；第二带通滤波器123(BPF)，用于对放大后的直达信号进行再次带通滤波，以降低噪声；第一ADC采样器124，用于对经过再次滤波的直达信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号；第一FPGA平台125，用于对数字信号进行存储、正交解调及滤波等数字操作；第一时钟源126，用于为第一ADC采样器124和第一FPGA平台125提供时钟信号。
本发明中，发射星选取模块2包括：系统自身位置解算模块21，用于解算雷达系统自身的位置；最优散射源筛选模块22，用于根据散射天线可接收到的来自探测目标的较强后向散射信号(较强的信杂噪比)和较高的雷达系统的距离分辨率原则，筛选出最优的导航卫星作为信号源；导航卫星运动轨迹提取模块23，用于提取某一时间段内的导航卫星运动轨迹。
本发明中，目标回波信号接收模块3包括：相控阵散射天线31，用于接收来自探测目标的多维后向散射信号；第二多频点单通道接收机32，用于同步接收右旋圆极化的多维后向散射信号(多频点散射信号)。其中，相控阵散射天线31为单极化相控阵接收天线，具有右旋圆极化接收能力，从而降低了海面杂波(左旋圆极化)的干扰。如图3所示，用于接收探测目标后向散射向信号的第二多频点单通道接收机32包括：第三带通滤波器321(BPF)，用于对接收到的多维后向散射信号进行带通滤波，去除(即滤出)导航卫星的相应带宽信号；第二三级放大器322(LAN)，用于对经过滤波的后向散射信号进行功率放大；数字衰减器327，用于(根据FPGA的反馈)对放大的后向散射信号进行衰减；第四带通滤波器323(BPF)，用于对衰减后的后向散射信号进行再次带通滤波，以降低噪声；第二ADC采样器324，用于对经过再次滤波的后向散射信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号；第二FPGA平台325，用于对数字信号进行存储、正交解调及滤波等数字操作，并向数字衰减器327进行反馈；第二时钟源326，用于为第二ADC采样器324和第二FPGA平台325提供时钟信号。
本发明中，多维图像融合模块4用于使用BP成像对多频点和多角度的多维散射信号进行成像，并在成像后对多维图像进行图像配准，再利用非相干图像融合(叠加)方法实现多频点和多角度的多维图像融合，以提升目标信杂噪比和轮廓信息。
本发明中，循环控制及目标信息提取模块5包括：高度角及方位角设定模块51，用于调整高度角(Δθ＝Δθ+δθ)和方位角
Figure BDA0003444304910000101
从而拓宽筛选角度范围；信杂噪比判断模块52，用于判断融合图像的目标信杂噪比是否大于等于系统参数SsysdB；目标信号提取模块53，用于从融合图像中提取目标信息。
参见图7示出的接收信号经过ADC采样后的数字域处理流程，FPGA平台包括：带通滤波器组101(BPF)，用于对数字信号进行带通滤波，滤波分离出不同载频的子带信号；数字信号发生器102(DDS)，用于产生IQ解调所需的不同载频的余弦信号与负的正弦信号；第一乘法器103，用于将滤波后的数字信号与负的正弦信号相乘；第一低通滤波器104，用于对第一乘法器103输出的信号进行低通滤波得到Q路信号；第二乘法器105，用于将滤波后的数字信号与余弦信号相乘；第二低通滤波器106，用于对第二乘法器105输出的信号进行低通滤波得到I路信号；加法器107，用于将I路信号和Q路信号相加；跟踪和搜索器108，用于提供匹配滤波所需的相应编码和多普勒频移数值；匹配滤波器109，用于对IQ解调后的信号进行匹配滤波。
按照上述设置，雷达系统利用单通道接收机先在射频域实现多个载频散射信号的同步接收，再在数字域利用带通滤波器组对多个载频信号进行分离与匹配滤波，从而为多频点散射信息融合提供多维信号。系统利用自身定位和导航卫星运动轨迹作为输入参数进行最优散射源筛选，即根据散射天线可接收到来自探测目标的较强后向散射信号(较强的信杂噪比)与较高的系统距离分辨率原则，筛选出合适的导航卫星作为信号源，同步获取同一探测区域的多角度散射信号，为多角度散射信息融合提供多维信号。而散射天线为具有右旋圆极化接收能力的相控阵天线，可对探测区域右旋圆极化目标散射信息进行接收，从而降低海面杂波(左旋圆极化)干扰。并且，使用多颗导航卫星作为信号源，能够同步获取同一探测区域的多角度后向散射信号。
参见图1，本发明的舰船目标探测方法，首先，获取来自导航卫星的多维直达信号和来自探测目标的多维后向散射信号，再筛选合适的导航卫星作为信号源。然后进行多频点和多角度的多维图像融合，并根据融合图像是否满足要求决定是否提取目标信息。
结合图2和图3，本发明的多频点单通道接收机使用输入信号带宽大于1.6GHz的ADC对多个载频散射信号直接在射频域进行带通采样，再在数字域利用带通滤波器组101对多个载频信号进行滤波分离。并利用DDS产生相应载频的本振信号对不同载频信号进行IQ解调，利用相应参考码对不同载频信号进行匹配滤波，以提升散射信号的信杂噪比。
其中，ADC采样率fs的选择原则为：
设目标散射信号有n个不同载频的子带信号，第i个子带信号的载频为fci，带宽为Bi，根据采样定律，第i个子带信号经过整数mi个采样周期可延拓到可视范围内的子带边界为：
[fci-mi*fs-Bi/2，fci-mi*fs+Bi/2]；
其中，
-fs/2≤fci-mi*fs-Bi/2≤fs/2；
-fs/2≤fci-mi*fs+Bi/2≤fs/2，i＝1～n；
采样率fs需使上述n个子带中的任意两个相邻子带边界集合不重叠，并且集合之间的间隔大于各自带宽和的一半，以保证带通滤波分离的效果。即设其中任意两个子带为i和k，k＝1～n且k≠i，则第k个子带信号的子带边界为：
[fck-mk*fs-Bk/2，fck-mk*fs+Bk/2]；
设(fck-mk*fs-Bk/2)≤(fci-mi*fs-Bi/2)，则采样率fs需使边界集合满足以下条件：
[(fci-mi*fs-Bi/2)-(fck-mk*fs+Bk/2)]≥(Bi/2+Bk/2)。
以下以一种实施方式来详细说明本发明的单通道接收机：
设接收到的射频信号含有三个不同载频的子带信号，分别对应BDS的B1A、B2a、B3A。子带信号B1A，载频为1.57542GHz，带宽为20.46MHz；子带信号B2a，载频为1.17645GHz，带宽为20.46MHz；子带信号B3A，载频为1.26852GHz，带宽为20.46MHz；射频信号频谱如图4所示。ADC采样频率为170MHz，采样之后的频谱如图5所示。利用带通滤波器组对信号进行滤波分离，再对子带信号进行IQ解调混频到基带，最后对信号进行跟踪和识别(匹配滤波器)，结果如图6所示。从匹配滤波结果中可以看出使用单通接收机完全可以实现对多个载频散射信号的同步接收。
参见图8示出的系统几何卫星的选取示意，本发明的雷达系统对舰船目标进行探测时，由于海面的反射信号较强，会形成较强的杂波干扰，且双基站雷达系统的距离分辨率与双基站角的余弦成反比，故选择接收探测目标后向散射信号作为回波信号。由此，需要根据雷达系统自身位置以及导航卫星运动轨迹信息，进行最优的散射源筛选，筛选原则为：
以雷达系统自身位置为原点，建立站心坐标系，则探测目标区域中心方位角为ψP，接收天线入射角为θR，导航卫星K的坐标为(方位角ψk，高度角θk)。图8中的接收天线波束中心和入射方向的反向延长线分别如箭头所指。为得到较强的后向散射信号，雷达系统以延长线为中心确定方位角筛选范围以及高度角度范围，筛选角度圈定范围如图8中加粗线框所示。可筛选卫星的方位角与高度角取值范围为：
Figure BDA0003444304910000131
其中，ψk取值周期为360°；
根据散射天线接收到的来自探测目标的后向散射信号和较高的系统距离分辨率原则筛选卫星，初始要求(△ψ，△θ)为：
Figure BDA0003444304910000132
本发明中，初始要求筛选出的卫星经过BP成像以及多维图像融合后，若融合图像的目标信杂噪比大于等于系统参数(即满足要求)，则提取目标信息；否则，按照
Figure BDA0003444304910000133
拓宽筛选要求(即高度角和方位角的范围)后，返回筛选卫星的步骤继续进行循环，直到融合图像的目标信杂噪比满足系统参数要求。其中，δψ和δθ的取值范围为2°-5°。
以下以一种实施方式来详细说明本发明的卫星筛选：
设试验时间为2021年9月20日12点，试验地点(经度116.174426，纬度40.067026)，采用STK对当日北斗卫星可见星况进行预报。根据预报可知，在试验地点处北斗可见卫星为17颗。假设接收天线入射中心角度θR＝50°，探测区域中心方位角
Figure BDA0003444304910000141
根据筛选原则，假设
Figure BDA0003444304910000142
则筛选要求如下：
Figure BDA0003444304910000143
根据筛选条件，可筛选出8颗导航卫星作为信号源。接收天线可同步获取同一探测区域的8个角度后向散射信号，利用BP算法成像并进行多维图像融合，进而提高探测目标的信杂噪比。利用选取卫星与雷达系统自身位置的几何关系对点阵目标回波信号进行了仿真，并对多维图像进行了融合，融合结果如图9所示。从图中可以看出，8幅图像融合结果可以实现对目标信噪比的显著提升。
综上所述，本发明的雷达系统使用探测目标的GNSS后向散射信号(GNSS-S)作为接收信号，进行舰船目标探测。另外，针对现有的星载导航接收系统使用多通道实现对多个载频散射信号的接收而增大系统通道规模的缺陷，根据采样定律，使用输入信号带宽满足要求的ADC对多个载频散射信号直接在射频域进行带通采样，再在数字域利用带通滤波器组进行滤波分离，从而实现对多个载频散射信号的同步接收。再考虑到海面杂波干扰和系统距离分辨率的问题，筛选出多颗导航卫星作为信号源，同步获取同一探测区域的多角度散射信号。使用具有右旋圆极化接收能力的相控阵天线对探测区域的散射信息进行接收。利用BP成像以及非相干图像融合方法对多频点和多角度的多维图像进行融合，从而实现对目标信杂噪比与轮廓信息的提升。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星载多维GNSS-S雷达系统，其特征在于，包括：
直达信号接收模块(1)，用于接收多颗导航卫星的直达信号；
发射星选取模块(2)，用于筛选出合适的导航卫星作为信号源；
目标回波信号接收模块(3)，用于接收探测目标的多维后向散射信号；
多维图像融合模块(4)，用于进行多频点和多角度的多维图像融合；
循环控制及目标信息提取模块(5)，用于根据融合图像是否满足要求决定是否提取目标信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述直达信号接收模块(1)包括：
天顶天线(11)，阵元数为2×2，用于接收来自导航卫星的多维直达信号；
第一多频点单通道接收机(12)，用于同步接收多个载频的直达信号；
所述第一多频点单通道接收机(12)包括：
第一带通滤波器(121)，用于对直达信号进行带通滤波，滤出导航卫星的带宽信号；
第一三级放大器(122)，用于对经过滤波的直达信号进行功率放大；
第二带通滤波器(123)，用于对放大后的直达信号进行带通滤波；
第一ADC采样器(124)，用于对经过再次滤波的直达信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号；
第一FPGA平台(125)，用于对数字信号进行存储、正交解调及滤波；
第一时钟源(126)，用于为所述第一ADC采样器(124)和所述第一FPGA平台(125)提供时钟信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射星选取模块(2)包括：
系统自身位置解算模块(21)，用于解算所述系统自身的位置；
最优散射源筛选模块(22)，用于根据所述系统的较强后向散射信号和较高距离分辨率原则筛选出最优的导航卫星作为信号源；
导航卫星运动轨迹提取模块(23)，用于提取一段时间内的导航卫星运动轨迹。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述目标回波信号接收模块(3)包括：
相控阵散射天线(31)，具有右旋圆极化接收能力，用于接收来自探测目标的多维后向散射信号；
第二多频点单通道接收机(32)，用于同步接收右旋圆极化的多频点散射信号；
所述第二多频点单通道接收机(32)包括：
第三带通滤波器(321)，用于对后向散射信号进行带通滤波，滤出导航卫星的带宽信号；
第二三级放大器(322)，用于对经过滤波的后向散射信号进行功率放大；
数字衰减器(327)，用于对放大的后向散射信号进行衰减；
第四带通滤波器(323)，用于对衰减后的后向散射信号进行带通滤波；
第二ADC采样器(324)，用于对经过再次滤波的后向散射信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号；
第二FPGA平台(325)，用于对数字信号进行存储、正交解调及滤波，并向所述数字衰减器(327)进行反馈；
第二时钟源(326)，用于为所述第二ADC采样器(324)和所述第二FPGA平台(325)提供时钟信号。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多维图像融合模块(4)用于对多频点和多角度的多维散射信号进行BP成像，并在成像后对多维图像进行图像配准，再利用非相干图像融合方法实现多频点和多角度的多维图像融合。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述循环控制及目标信息提取模块(5)包括：
高度角及方位角设定模块(51)，用于调整高度角和方位角；
信杂噪比判断模块(52)，用于判断融合图像的目标信杂噪比是否大于等于系统参数；
目标信号提取模块(53)，用于从融合图像中提取目标信息。
7.根据权利要求2或4所述的系统，其特征在于，FPGA平台包括：
带通滤波器组(101)，用于对数字信号进行带通滤波，分离出不同载频的子带信号；
数字信号发生器(102)，用于产生IQ解调所需的不同载频的余弦信号与负的正弦信号；
第一乘法器(103)，用于将滤波后的数字信号与负的正弦信号相乘；
第一低通滤波器(104)，用于对所述第一乘法器(103)输出的信号进行低通滤波得到Q路信号；
第二乘法器(105)，用于将滤波后的数字信号与余弦信号相乘；
第二低通滤波器(106)，用于对所述第二乘法器(105)输出的信号进行低通滤波得到I路信号；
加法器(107)，用于将I路信号和Q路信号相加；
跟踪和搜索器(108)，用于提供匹配滤波所需的编码和多普勒频移数值；
匹配滤波器(109)，用于对IQ解调后的信号进行匹配滤波。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述的星载多维GNSS-S雷达系统的舰船目标探测方法，包括以下步骤：
a、获取来自导航卫星的多维直达信号和来自探测目标的多维后向散射信号；
b、筛选合适的导航卫星作为信号源；
c、进行多频点和多角度的多维图像融合；
d、根据融合图像是否满足要求决定是否提取目标信息。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在所述步骤(a)中，多频点单通道接收机使用输入信号带宽大于1.6GHz的ADC对多个载频散射信号在射频域进行带通采样，在数字域利用带通滤波器组(101)对多个载频信号进行滤波分离；
利用DDS产生相应载频的本振信号对不同载频信号进行IQ解调，利用相应参考码对不同载频信号进行匹配滤波；
ADC采样率fs的选择原则为：
目标散射信号有n个不同载频的子带信号，第i个子带信号的载频为fci，带宽为Bi，第i个子带信号经过整数mi个采样周期可延拓到可视范围内的子带边界为：
[fci-mi*fs-Bi/2，fci-mi*fs+Bi/2]；
其中，
-fs/2≤fci-mi*fs-Bi/2≤fs/2；
-fs/2≤fci-mi*fs+Bi/2≤fs/2，i＝1～n；
采样率fs使n个子带中的任意两个相邻子带边界集合不重叠，并且集合之间的间隔大于各自带宽和的一半，其中任意两个子带为i和k，k＝1～n且k≠i，则第k个子带信号的子带边界为：
[fck-mk*fs-Bk/2，fck-mk*fs+Bk/2]；
其中，(fck-mk*fs-Bk/2)≤(fci-mi*fs-Bi/2),则采样率fs使边界集合满足以下条件：
[(fci-mi*fs-Bi/2)-(fck-mk*fs+Bk/2)]≥(Bi/2+Bk/2)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，根据雷达系统自身位置及导航卫星运动轨迹信息，进行最优的散射源筛选，筛选原则为：
以雷达系统自身位置为原点，建立站心坐标系，则探测目标区域中心方位角为ψP，接收天线入射角为θR，导航卫星K的坐标为(ψk，θk)；
雷达系统以延长线为中心确定方位角及高度角的筛选范围为：
Figure FDA0003444304900000051
其中，ψk取值周期为360°；
根据系统距离分辨率原则筛选卫星，初始要求(△ψ，△θ)为：
Figure FDA0003444304900000052
在所述步骤(d)中，若融合图像的目标信杂噪比大于等于系统参数，则提取目标信息；否则，按照
Figure FDA0003444304900000061
拓宽筛选高度角和方位角的范围后，返回所述步骤(b)，直到融合图像的目标信杂噪比满足系统参数要求；
其中，δψ和δθ的取值范围为2°-5°。
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