CN115421169A - 一种在轨定标gnss-r波束扫描天线中心指向的方法和装置 - Google Patents

一种在轨定标gnss-r波束扫描天线中心指向的方法和装置 Download PDF

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CN115421169A CN202211040679.8A CN202211040679A CN115421169A CN 115421169 A CN115421169 A CN 115421169A CN 202211040679 A CN202211040679 A CN 202211040679A CN 115421169 A CN115421169 A CN 115421169A
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Abstract

本发明涉及一种在轨定标GNSS‑R波束扫描天线中心指向的方法和装置，包括：在地面布设L波段信号发射源系统用于发射定标信号，将在轨运行的GNSS‑R信号接收系统的波束扫描天线调整到预设的波束中心指向上，接收由地面L波段信号发射源系统发射的定标信号，并生成定标信号的时延‑多普勒相关功率波形，并进一步通过数据处理获得多轨不同仰角、方位角GNSS‑R反射天线归一化方向图，将同一拟定标波束的定标结果进行二维线性插值得到拟定标波束的归一化天线方向图、归一化天线方向图最大值和最大值点在天线坐标系中对应的单位方向向量，计算该向量与预设的GNSS‑R波束扫描天线波束中心指向向量之间的夹角，该夹角即是GNSS‑R波束扫描天线拟定标波束中心指向的偏差。

Description

一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法和装置
技术领域
本发明涉及GNSS反射信号遥感技术领域，是一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法和装置。
背景技术
GNSS-R(Global Navigation Satellite Systems Reflectometry)遥感技术，即GNSS反射信号遥感技术，是20世纪90年代以来在卫星导航与遥感学科之间兴起的一门交叉科学与技术，近年来已经成为被广泛关注的国际前沿热点。
GNSS-R技术利用现有的导航卫星信号作为信号源，信号源丰富，我国的北斗系统、美国的GPS系统、欧洲的Galileo系统、俄罗斯的GLONASS系统、日本的QZSS和印度的IRNSS系统总计100余颗导航卫星都可以作为该技术的信号发射源。在任一近地空间位置同时可利用的GNSS反射信号卫星数量，最多可达几十颗。为了同时收到多颗GNSS卫星的反射信号，GNSS-R反射信号接收天线通常采用低增益、宽波束天线的技术方案。但是这种天线由于增益太低，无法满足台风监测、高精度测高等应用对高天线增益值的技术要求，采用高增益、窄波束的GNSS-R波束扫描天线可以有效解决这一难题。
GNSS-R波束扫描天线的波束中心指向是天线最大增益的方向，在轨运行期间，为了使得GNSS-R接收机始终能够接收到高质量的地面反射信号，扫描天线的中心指向需要不断调整，始终指向GNSS-R镜面反射点的位置。但是，由于受反射天线安装位置周围设备、自身形变、器件老化等多方面因素的综合影响，GNSS-R波束扫描天线的方向图可能会发生畸变，导致实际波束中心指向跟地面定标测量结果之间存在一定的偏差，影响信号接收的质量。因此，开展业务化、周期性GNSS-R波束扫描天线中心指向偏差的在轨定标，是保证卫星观测数据产品质量可靠性、测量结果准确性的必要手段。目前，尚没有公开的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于针对在轨运行期间，由于受反射天线安装位置周围设备、自身形变、器件老化等多方面因素的综合影响，GNSS-R波束扫描天线中心指向可能会存在一定的偏差，导致信号接收质量下降的问题，提出了一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法和装置。
为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现。
本发明提出了一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法，所述方法包括：
通过地面的L波段信号发射源系统发射方向可调整的定标信号；
将在轨运行的GNSS-R信号接收系统的波束扫描天线调整到预设的波束中心指向上，接收由地面L波段信号发射源系统发射的定标信号，并生成定标信号的时延-多普勒相关功率波形；
对多轨定标信号的时延-多普勒相关功率波形的峰值信噪比进行数据处理，获得在不同仰角、方位角的GNSS-R反射天线归一化方向图在轨定标结果；
对不同仰角、方位角的GNSS-R反射天线归一化方向图进行二维线性插值处理，获得GNSS-R定标波束的归一化天线方向图；
计算GNSS-R定标波束归一化天线方向图的最大值，及最大值点对应的波束指向单位向量；
计算最大值点对应的波束指向单位向量与预设的波束中心指向向量之间的夹角，该夹角即为GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的偏差，完成在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向。
作为上述技术方案的改进之一，所述L波段信号发射源系统发射的定标信号为调制了在轨GNSS-R接收机可识别的伪随机码的电磁波信号，且电磁波信号的频率、极化方式与定标波束扫描天线波束中心指向的方向图频点、极化方式一致；信号辐射功率密度大小处于地面处GNSS反射信号的功率密度范围内。
作为上述技术方案的改进之一，所述对多轨不同仰角、方位角的GNSS-R反射天线方向图在轨定标结果进行二维线性插值处理，获得GNSS-R定标波束的归一化天线方向图，其计算公式为：
Figure BDA0003820859960000021
其中，
Figure BDA0003820859960000022
为波束扫描天线的归一化方向图，
Figure BDA0003820859960000023
为由时延-多普勒相关功率波形提取到的反射信号峰值信噪比，
Figure BDA0003820859960000024
为地面有源定标器的等效全向辐射功率，λ为L波段信号源发射信号的载波波长，R为GNSS-R反射天线与L波段信号源之间的几何距离，l为大气吸收、雨衰等衰减项，θ和
Figure BDA0003820859960000031
分别为L波段信号发射源在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角和方位角。
作为上述技术方案的改进之一，所述GNSS-R定标波束归一化天线方向图用于计算其最大值，及最大值点对应的波束指向单位向量，其中，最大值点对应的波束指向单位向量的表达式为：
Figure BDA0003820859960000032
其中，
Figure BDA0003820859960000033
为定标实测得到的归一化天线方向图最大值点的单位向量，θmax和
Figure BDA0003820859960000034
分别为归一化天线方向图的最大值点在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角和方位角。
作为上述技术方案的改进之一，所述计算最大值点对应的波束指向单位向量与预设的GNSS-R波束扫描天线波束中心指向向量之间的夹角，其计算公式为：
Figure BDA0003820859960000035
其中，α为实测波束中心指向与预设波束中心指向之间的夹角，acos(·)是反余弦函数，
Figure BDA0003820859960000036
为定标实测得到的归一化天线方向图最大值点的单位向量，
Figure BDA0003820859960000037
为预设的定标波束指向的单位向量。
本发明还提出了一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的装置，基于上述之一所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法完成在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向，所述装置包括：L波段信号发射源系统、在轨GNSS-R信号接收系统和地面数据处理系统；
所述L波段信号发射源系统，用于发射方向可调整的定标信号；
所述在轨GNSS-R信号接收系统，用于接收定标信号，对定标信号进行处理生成时延-多普勒相关功率波形，并通过卫星平台将时延-多普勒相关功率波形传输到地面数据处理系统；
所述地面数据处理系统，用于对时延-多普勒相关功率波形进行后续处理，以获得GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的偏差。
作为上述技术方案的改进之一，所述L波段信号发射源系统包括：L波段信号发射模块、地面GNSS定位天线和GNSS定位接收机；
所述L波段信号发射模块，包括：L波段信号源和含伺服系统的L波段发射天线，用于产生并发射方向可调整的定标信号；
所述GNSS定位接收机与地面GNSS定位天线，用于确定L波段信号发射源系统的地理坐标。
作为上述技术方案的改进之一，所述在轨GNSS-R信号接收系统包括：GNSS-R接收机主机、在轨GNSS定位天线和GNSS-R反射波束扫描天线；
所述在轨GNSS定位天线和GNSS-R接收机主机组合用于对在轨GNSS-R信号接收系统实时定位；
所述反射波束扫描天线和GNSS-R接收机主机组合用于接收定标信号并将定标信号与调制后的定标专用PRN码形相关处理生成时延-多普勒相关功率波形；
所述GNSS-R接收机主机，用于利用在轨实时定位结果及存储的L波段信号发射源地理位置，计算L波段发射源系统在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角与方位角；同时，
所述GNSS-R接收机主机，用于将生成的时延-多普勒相关功率波形通过卫星平台可下传至地面数据处理系统。
作为上述技术方案的改进之一，所述L波段发射天线采用高增益窄波束发射天线，天线波束中心指向与待定标GNSS-R波束的中心指向平行，方向相反。
本发明的优点在于：
1、本申请提出了一种采用地面L波段信号发射源系统与在轨GNSS-R信号接收系统协同工作方式，基于GNSS-R信号接收系统测量的定标信号时延-多普勒相关功率波形峰值信噪比计算多轨同一波束中心指向条件下测得的不同仰角、方位角归一化方向图，以二维线性插值的方式得到拟定标波束的归一化天线方向图，并计算得到其峰值所对应的中心指向单位向量和指向偏差的在轨定标方法和装置；
2、本发明通过调整L波段信号发射源的PRN码、频点、极化方式，可以实现基于不同PRN码、频点、极化方式定标信号时延-多普勒相关功率波形的峰值信噪比对波束中心指向的在轨定标，改变二维插值方法可得到结果相当的波束中心指向定标结果；
3、本申请给出的GNSS-R波束扫描天线中心指向的在轨定标方法，可用于对GNSS-R波束扫描天线任一波束中心指向、全寿命周期的在轨定标，同一波束中心指向定标时间越长，获得的有效定标结果越多，定标精度越高。
附图说明
图1为GNSS-R波束扫描天线中心指向在轨定标系统组成图；
图2为GNSS-R波束扫描天线中心指向单位向量为[0,0,1]的待定标归一化天线方向图；
图3为地理坐标位于北纬43°、东经118°的L波段信号发射源系统及其对应的接收机处于波束中心指向定标模式时10天定标周期形成的星下点轨迹图；
图4为GNSS-R波束扫描天线中心指向单位向量为[0,0,1]的多轨定标归一化天线方向图；
图5为基于多轨定标归一化天线方向图进行二维线性插值后得到的实测中心指向单位向量为[0.017,0.01,1]的归一化反射天线方向图；
图6为GNSS-R波束扫描天线实测中心指向与预设波束中心指向角度偏差为0.65°的定标结果图；
图7为GNSS-R波束扫描天线中心指向单位向量为[0.0623,-0.336,0.940]的待定标归一化天线方向图；
图8为GNSS-R波束扫描天线中心指向单位向量为[0.0623,-0.336,0.940]的多轨定标归一化天线方向图；
图9为基于多轨定标归一化天线方向图进行二维线性插值后得到的实测中心指向单位向量为[0.059,-0.335,0.940]的归一化反射天线方向图；
图10为GNSS-R波束扫描天线实测中心指向与预设波束中心指向角度偏差为0.21°的定标结果图。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。
实施例1
本发明提出了一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法。本发明方法采用的技术方案如下：
在地面布设L波段信号发射源系统用于发射定标信号，在轨运行的GNSS-R信号接收系统接收由地面L波段信号发射源系统发射的定标信号，并生成定标信号的时延-多普勒相关功率波形，基于定标信号时延-多普勒相关功率波形的峰值信噪比通过数据处理获得多轨不同仰角、方位角GNSS-R反射天线归一化方向图，将同一拟定标波束的定标结果进行二维线性插值得到拟定标波束的归一化天线方向图、归一化天线方向图最大值和最大值点在天线坐标系中对应的单位方向向量，计算该向量与预设的GNSS-R波束扫描天线波束中心指向向量之间的夹角，该夹角即是GNSS-R波束扫描天线拟定标波束中心指向的偏差。
本技术方案中，地面布设的L波段信号发射源系统负责发射调制了在轨GNSS-R接收机可识别的伪随机码(Pseudo Random Noise code,PRN)的电磁波信号，且电磁波信号的频率、极化方式与拟定标GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的方向图频点、极化方向一致。
在波束中心指向定标期间，在轨GNSS-R信号接收系统将波束中心指向调整到预设的拟定标波束指向上，接收定标信号并处理生成定标信号的时延-多普勒相关功率波形。当定标信号时延-多普勒相关功率波形传输至地面数据接收站后，按下述公式进行数据处理，得到GNSS-R波束扫描天线在拟定标的波束指向主波束内的归一化天线方向图。
Figure BDA0003820859960000061
式中，
Figure BDA0003820859960000062
为波束扫描天线的归一化方向图，
Figure BDA0003820859960000063
为由时延-多普勒相关功率波形提取到的反射信号峰值信噪比，
Figure BDA0003820859960000064
为地面有源定标器的等效全向辐射功率，λ为L波段信号源发射信号的载波波长，R为GNSS-R反射天线与L波段信号源之间的几何距离，l为大气吸收、雨衰等衰减项。
将同一拟定标波束指向条件下测得的多轨不同仰角、方位角GNSS-R反射天线归一化方向图进行二维线性插值，便可得到拟定标波束指向主波束的归一化天线方向图，按照下式计算其最大值及最大值点所对应的波束中心指向单位向量，
Figure BDA0003820859960000065
其中，
Figure BDA0003820859960000066
为定标实测得到的归一化天线方向图峰值的单位向量，θmax为归一化天线方向图的最大值点在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角，
Figure BDA0003820859960000067
为归一化天线方向图的最大值点在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的方位角。
利用下式可计算得到GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的偏差。
Figure BDA0003820859960000068
其中，α为实测波束中心指向与预设拟定标波束中心指向之间的夹角，acos(·)是反余弦函数，
Figure BDA0003820859960000069
为定标实测得到的归一化天线方向图最大值点的单位向量，
Figure BDA00038208599600000610
为预设的拟定标波束指向的单位向量。
本方案包含以下技术特征：
1.L波段信号发射源系统包括：L波段信号源、含伺服系统的L波段发射天线、不间断电源设备(Uninterruptible Power Supply,UPS)、地面GNSS定位天线、GNSS定位接收机；
2.L波段信号源所发射信号的PRN码、频点和极化方式应与在轨GNSS-R波束扫描天线波束指向定标模式设定的PRN码、频点和极化方式一致；
3.L波段信号发射源的信号发射功率可调，使得信号辐射功率密度大小处于地面处GNSS反射信号辐射功率密度范围内，避免其对传输路径上其他设备的干扰；
4.GNSS定位接收机与地面GNSS定位天线用于确定L波段信号发射源系统的准确地理坐标；
5.L波段信号发射源系统选址，应在L波段干扰信号较小且噪声大小相对稳定的区域，位置一旦选定，在定标期间保持固定不变；
6.L波段信号发射源的发射天线应采用高增益窄波束发射天线；
7.L波段信号发射源的发射天线固定于伺服系统之上，发射天线的波束中心指向可通过伺服系统准确调节，定标期间天线波束中心指向与待定标GNSS-R波束的中心指向平行，方向相反；
8.在轨GNSS-R信号接收系统包括：GNSS-R接收机主机、在轨GNSS定位天线、GNSS-R反射波束扫描天线；
9.GNSS-R接收机主机与在轨定位天线组合具备接收机在轨实时定位功能；
10.GNSS-R接收机存储着L波段信号发射源的地理坐标、拟定标波束扫描天线的波束指向、定标专用PRN码形，它们均可通过地面指令上注的形式进行修改；
11.GNSS-R接收机主机可控制波束扫描天线中心指向调整至拟定标波束指向方向，接收定标信号并与本地调制后的定标专用PRN码形相关处理生成时延-多普勒相关功率波形；
12.GNSS-R接收机具有波束中心指向在轨定标模式；
13.GNSS-R接收机具有波束中心指向在轨定标功能打开与关闭的总开关，决定GNSS-R接收机是否能够自动触发进入束中心指向在轨定标模式，总开关的状态可通过地面上注指令的形式进行控制；
14.GNSS-R接收机具备利用在轨实时定位结果、存储的L波段信号发射源地理位置、拟定标波束扫描天线的波束指向，计算自身与L波段信号发射源系统之间的单位向量与拟定标波束扫描天线波束指向单位向量之间的夹角；
15.波束中心指向在轨定标功能打开状态下，GNSS-R接收机能够利用计算自身与L波段发射源系统之间的单位向量与拟定标波束扫描天线的波束指向单位向量之间的夹角，判断接收机是否进入波束中心指向在轨定标模式；
16.波束中心指向在轨定标模式下生成的时延-多普勒相关功率波形通过卫星平台下传至地面，利用公式(1)能够得到波束中心指向主波束内不同仰角、方位角归一化方向图在轨定标结果；
17.将同一波束中心指向条件下，测得的波束中心指向主波束内多轨不同仰角、方位角归一化方向图在轨定标结果进行二维线性插值，得到拟定标波束指向主波束的归一化天线方向图。
18.利用拟定标波束内主波束的归一化天线方向图的最大值对应的仰角、方位角值，按照公式(2)计算GNSS-R波束扫描天线拟定标波束波束中心指向单位向量。
19.按照公式(3)计算得到GNSS-R波束扫描天线拟定标的波束中心指向的角度偏差。
实施例2
如图1所示，为本申请实施例2的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的装置组成图，具体实施方式如下：
(1)通过现场勘查，选择L波段干扰信号较少且噪声大小相对稳定的区域作为L波段信号发射源系统的定标试验布设地点，安装并调试好L波段信号发射源系统，如图1所示。
(2)利用L波段信号发射源系统的GNSS定位接收机与地面GNSS定位天线测量得到系统的地理坐标，并将其与拟定标的GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的频点、波束指向的仰角、波束指向的方位角及拟采用的定标专用PRN码形、定标模式打开指令，通过指令上注方式发送给在轨GNSS-R接收机，图2为L波段信号发射源系统地理坐标位于北纬43°、东经118°时，接收机处于波束中心指向定标模式时10天定标周期的星下点轨迹图，图中星花表示的是L波段信号发射源系统所处的地理位置。
(3)GNSS-R接收机在轨运行过程中，利用在轨定位天线接收直射信号进行在轨实时定位接收机的坐标，并根据定标源位置与接收机之间几何关系，在满足触发条件下，自动触发进入反射天线在波束中心指向定标模式，接收L波段信号源发射的定标信号，并生成定标信号的时延-多普勒相关功率波形，图3是拟定标的GNSS-R波束扫描天线波束归一化天线方向图的真实值，其波束中心指向仰角和方位角均为0°，对应的波束指向单位向量为[0,0,1,]。
(4)GNSS-R接收机将定标信号的时延-多普勒相关功率波形下传至地面后，通过数据处理解算得到拟定标波束不同仰角、方位角的归一化方向图在轨定标结果，如图4所示。
(5)通过将GNSS-R波束扫描天线拟定标波束的多轨不同仰角、方位角的归一化方向图在轨定标结果进行二维线性插值处理生成实测的反射天线的归一化方向图，如图5所示。
(6)计算GNSS-R波束扫描天线拟定标波束实测归一化天线方向图的最大值，及其对应的波束指向单位向量，波束指向为[0.017,0.01,1.0]；
(7)计算GNSS-R波束扫描天线拟定标的波束中心指向的角度偏差，约为0.65°，如图6所示。
(8)当L波段信号发射源系统地理坐标仍位于北纬43°、东经118°时，待定标GNSS-R波束扫描天线中心指向单位向量为[0.0623,-0.336,0.940]时，重复1～7的步骤，10天定标周期内的定标结果如图7～10所示，定标得到的波束中心指向为[0.059,-0.335,0.940]，角度偏差为0.21°。
从上述对本发明的具体描述可以看出，本发明基于GNSS-R信号接收系统测量的定标信号时延-多普勒相关功率波形峰值信噪比计算多轨同一波束中心指向条件下测得的不同仰角、方位角归一化方向图，以二维线性插值的方式得到拟定标波束的归一化天线方向图，并计算得到其峰值所对应的中心指向单位向量和指向偏差，进而实现了对于GNSS-R波束扫描天线中心指向的在轨定标。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法，所述方法包括：
通过地面的L波段信号发射源系统发射定标信号；
将在轨运行的GNSS-R信号接收系统的波束扫描天线调整到预设的波束中心指向上，接收由地面L波段信号发射源系统发射的定标信号，并生成定标信号的时延-多普勒相关功率波形；
对多轨定标信号的时延-多普勒相关功率波形的峰值信噪比进行数据处理，获得在不同仰角、方位角的GNSS-R反射天线归一化方向图在轨定标结果；
对不同仰角、方位角的GNSS-R反射天线归一化方向图进行二维线性插值处理，获得GNSS-R定标波束的归一化天线方向图；
计算GNSS-R定标波束归一化天线方向图的最大值，及最大值对应的波束指向单位向量；
计算最大值对应的波束指向单位向量与预设的波束中心指向向量之间的夹角，该夹角即为GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的偏差，完成在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向。
2.根据权利要求1所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法，其特征在于，所述L波段信号发射源系统发射的定标信号为调制了在轨GNSS-R接收机可识别的伪随机码的电磁波信号，且电磁波信号的频率、极化方式与定标波束扫描天线波束中心指向的方向图频点、极化方式一致；信号辐射功率密度大小处于地面处GNSS反射信号的功率密度范围内。
3.根据权利要求1所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法，其特征在于，所述对多轨不同仰角、方位角的GNSS-R反射天线方向图在轨定标结果进行二维线性插值处理，获得GNSS-R定标波束的归一化天线方向图，其计算公式为：
Figure FDA0003820859950000011
其中，
Figure FDA0003820859950000012
为波束扫描天线的归一化方向图，
Figure FDA0003820859950000013
为由时延-多普勒相关功率波形提取到的反射信号峰值信噪比，
Figure FDA0003820859950000014
为地面有源定标器的等效全向辐射功率，λ为L波段信号源发射信号的载波波长，R为GNSS-R反射天线与L波段信号源之间的几何距离，l为大气吸收、雨衰等衰减项，θ和
Figure FDA0003820859950000015
分别为L波段信号发射源在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角和方位角。
4.根据权利要求1所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法，其特征在于，所述计算GNSS-R定标波束归一化天线方向图的最大值，及最大值对应的波束指向单位向量，其中，最大值对应的波束指向单位向量的表达式为：
Figure FDA0003820859950000021
其中，
Figure FDA0003820859950000022
为定标实测得到的归一化天线方向图最大值点的单位向量，θmax和
Figure FDA0003820859950000023
分别为归一化天线方向图的最大值点在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角和方位角。
5.根据权利要求1所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法，其特征在于，所述计算最大值点对应的波束指向单位向量与预设的GNSS-R波束扫描天线波束中心指向向量之间的夹角，其计算公式为：
Figure FDA0003820859950000024
其中，α为实测波束中心指向与预设波束中心指向之间的夹角，acos(·)是反余弦函数，
Figure FDA0003820859950000025
为定标实测得到的归一化天线方向图峰值的单位向量，
Figure FDA0003820859950000026
为预设的定标波束指向的单位向量。
6.一种在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的装置，基于权利要求1-5之一所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的方法完成在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向，其特征在于，所述装置包括：L波段信号发射源系统、在轨GNSS-R信号接收系统和地面数据处理系统；
所述L波段信号发射源系统，用于发射定标信号；
所述在轨GNSS-R信号接收系统，用于接收定标信号，对定标信号进行处理生成时延-多普勒相关功率波形，并通过卫星平台将时延-多普勒相关功率波形传输到地面数据处理系统；
所述地面数据处理系统，用于对时延-多普勒相关功率波形进行后续处理，以获得GNSS-R波束扫描天线波束中心指向的偏差。
7.根据权利要求6所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的装置，其特征在于，所述L波段信号发射源系统包括：L波段信号发射模块、地面GNSS定位天线和GNSS定位接收机；
所述L波段信号发射模块，包括：L波段信号源和含伺服系统的L波段发射天线，用于产生并发射方向可调整的定标信号；
所述GNSS定位接收机与地面GNSS定位天线，用于确定L波段信号发射源系统的地理坐标。
8.根据权利要求6所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的装置，其特征在于，所述在轨GNSS-R信号接收系统包括：GNSS-R接收机主机、在轨GNSS定位天线和GNSS-R波束扫描天线；
所述在轨GNSS定位天线和GNSS-R接收机主机组合用于对在轨GNSS-R信号接收系统实时定位；
所述GNSS-R波束扫描天线和GNSS-R接收机主机组合用于接收定标信号并将定标信号与调制后的定标专用PRN码形相关处理生成时延-多普勒相关功率波形；
所述GNSS-R接收机主机，用于利用在轨实时定位结果及存储的L波段信号发射源地理位置，计算L波段发射源系统在以GNSS-R波束扫描天线为原点的球坐标系中的仰角与方位角；同时，
所述GNSS-R接收机主机，用于将生成的时延-多普勒相关功率波形通过卫星平台可下传至地面数据处理系统。
9.根据权利要求7所述的在轨定标GNSS-R波束扫描天线中心指向的装置，其特征在于，所述L波段发射天线采用高增益窄波束发射天线，天线波束中心指向与待定标GNSS-R波束的中心指向平行，方向相反。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117214924A (zh) * 2023-09-11 2023-12-12 中国人民解放军32039部队 同步卫星多波束天线指向标校方法、装置和电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160139254A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 The Boeing Company Short-Range Point Defense Radar
CN109039422A (zh) * 2018-06-28 2018-12-18 上海卫星工程研究所 深空探测高增益天线在轨定标系统及方法
CN110058204A (zh) * 2019-04-25 2019-07-26 西安空间无线电技术研究所 一种基于方向图匹配的星载天线波束中心定标方法
CN112363185A (zh) * 2020-10-30 2021-02-12 中国空间技术研究院 一种星载iGNSS-R测高精度评估方法
CN114879197A (zh) * 2022-04-14 2022-08-09 中国科学院国家空间科学中心 一种星上ddm实时定标的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160139254A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 The Boeing Company Short-Range Point Defense Radar
CN109039422A (zh) * 2018-06-28 2018-12-18 上海卫星工程研究所 深空探测高增益天线在轨定标系统及方法
CN110058204A (zh) * 2019-04-25 2019-07-26 西安空间无线电技术研究所 一种基于方向图匹配的星载天线波束中心定标方法
CN112363185A (zh) * 2020-10-30 2021-02-12 中国空间技术研究院 一种星载iGNSS-R测高精度评估方法
CN114879197A (zh) * 2022-04-14 2022-08-09 中国科学院国家空间科学中心 一种星上ddm实时定标的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周勃;陈银平;夏莹;: "星载双面多波束相控阵GNSS-R海洋微波遥感器设计", 上海航天, no. 03, 25 June 2013 (2013-06-25) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117214924A (zh) * 2023-09-11 2023-12-12 中国人民解放军32039部队 同步卫星多波束天线指向标校方法、装置和电子设备

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