CN212808612U - 一种导航雷达一体化卫星 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种导航雷达一体化卫星，包括雷达天线、导航天线和频率综合器，导航天线的相位中心和雷达天线的相位中心重合，频率综合器分别与雷达接收机、通信接收机、雷达信号采集存储单元、通信信息处理单元、导航窄带信号源、遥感宽带信号源连接，导航窄带信号源和遥感宽带信号源与雷达天线连接，雷达接收机和通信接收机分别与第一滤波器和第二滤波器连接后，连接到功分器，功分器通过低噪声放大器与雷达天线连接。与现有技术相比，本实用新型通过一体化设计雷达载荷和导航载荷，实现同时空同波束播发导航和雷达信号，通过导航对雷达进行增强，实现雷达图像质量的增强提升，通过雷达对导航进行增强，实现导航性能的增强提升。

Description

一种导航雷达一体化卫星

技术领域

本实用新型涉及导航卫星技术领域，尤其是涉及一种导航雷达一体化卫星。

背景技术

一般来说，精准的定位信息能够提升雷达卫星的图像能力，而扩充低轨道导航卫星数量可以提高定位信息的解算精度、速度和稳健性，考虑天线形式、时频基准、基带/波形系统的相似性，雷达卫星与导航卫星间存在着切实可行的融合可能性，同时满足高质量成像与高精度导航的应用需求，而且技术风险低、可实现性强。

通过在雷达成像卫星上增加导航定位服务功能，结合一体化设计，从而极大提升现有雷达卫星的成像精度，并弥补现有导航星座在低轨导航增强方面的缺失。

相较GNSS-R体制卫星，导航雷达一体化卫星分辨率不受限制，并且更注重导航和雷达功能的双向增强；相比PNRTC体制卫星，导航雷达一体化卫星着重雷达载荷与导航载荷的深度融合复用，有效提升系统的导航和遥感能力，具有快速工程实现条件，可为PNTRC体制类卫星技术进行先期探索。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种导航雷达一体化卫星。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种导航雷达一体化卫星，包括雷达天线、导航天线和频率综合器，所述导航天线的相位中心和雷达天线的相位中心重合，所述频率综合器分别与雷达接收机、通信接收机、雷达信号采集存储单元、通信信息处理单元、导航窄带信号源、遥感宽带信号源连接，所述导航窄带信号源和遥感宽带信号源分别都与合路器连接，所述合路器通过功率放大器与雷达天线连接，所述雷达接收机和通信接收机分别与第一滤波器和第二滤波器连接后，连接到功分器，所述功分器通过低噪声放大器与所述雷达天线连接。

优选的，所述导航天线和雷达天线采用一体化设计。

优选的，所述卫星为采用统一的时频基准、统一的基带/波形、统一的播发天线的卫星。

优选的，所述雷达天线为波束窄、低旁瓣的雷达天线。

优选的，所述频率综合器采用GNSS导航卫星级原子钟作为频率源，倍频到MHz，作为雷达基本时钟。

优选的，所述雷达信号采集存储单元采用基于FPGA与高精度大动态ADC的架构，并基于磁盘阵列完成原始数据的存储。

优选的，所述遥感宽带信号源为基于MHz频率源，通过DDS+PLL架构生成雷达所用L、C、X波段的宽带信号的信号源。

优选的，所述导航窄带信号源为基于MHz频率源，通过DDS+PLL架构生成导航广播信号的信号源。

优选的，所述合路器采用覆盖L-X波段的功率合成器件。

优选的，所述功率放大器采用覆盖L-X波段的宽带固态功率放大器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、在雷达卫星上加装导航载荷，通过一体化设计雷达载荷和导航载荷，实现同时空同波束播发导航和雷达信号，一方面通过导航对雷达进行增强，实现雷达图像质量的增强提升，从而提高观测区域的导航和遥感综合服务能力；另一方面通过雷达对导航进行增强，实现导航性能的增强提升，提升导航对抗能力，提供高精度时空基准，提高卫星导航的信息保障能力。

2、本实用新型将不同类型、不同用途的电子设备进行优化设计，可实现卫星通用化、小型化、集约化，并兼具雷达成像提升与导航定位增强功能，从长远来看，受益于导航雷达一体化设计，雷达信号和导航信号可共用同一段频谱，从而大大提高了国际频谱资源的利用率。

3、采用统一的时频基准、统一的基带/波形、统一的播发天线，确保雷达载荷和导航载荷能够稳定兼容工作。

4、在导航增强条件下，通过减小雷达天线相位中心的位置误差、速度误差及斜距测量误差，从而提升雷达图像定位精度；依靠极高的时频基准与高精度的姿态/轨道参数，大大提升雷达的超高分辨率成像质量；通过消除雷达与导航信号的相位中心误差，并通过导航接收天线与雷达信号角反射器的一体化设计，从而大大提升雷达干涉测高精度。

5、在雷达增强条件下，通过构建高/中/低轨混合的导航卫星星座，从而提升整个导航星座的定轨精度和可靠性；通过增加定位模型的观测值数量，并定制增强导航信号，实现导航服务能力的增强；通过共用波束窄、方向性强、低旁瓣的雷达天线，实现指定区域的导航精度提升，并具有良好的抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型的导航雷达一体化卫星的结构示意图；

图2为本实用新型的导航雷达一体化卫星的天线示意图。

图中标注：1、雷达天线，2、导航天线，3、频率综合器，4、遥感宽带信号源，5、导航窄带信号源，6、合路器，7、功率放大器，8、雷达信号采集存储单元，9、通信信息处理单元，10、雷达接收机，11、通信接收机，12、第一滤波器，13、第二滤波器，14、功分器，15、低噪声放大器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

雷达卫星作为GNSS系统的客户端，接收GNSS信号进行定位解算，得到GNSS接收天线相位中心的位置和速度。常规雷达卫星系统预先测量卫星星体的GNSS接收天线相位中心和雷达天线相位中心的相对位置和姿态关系，由GNSS接收天线相位中心的位置和速度推算雷达天线相位中心的位置和速度，此处会引入额外的卫星星体部位修正误差。

实施例

如图1所示，本申请提出一种导航雷达一体化卫星，包括雷达天线1、导航天线2和频率综合器3，导航天线2的相位中心和雷达天线1的相位中心重合。频率综合器3分别与雷达接收机10、通信接收机11、雷达信号采集存储单元8、通信信息处理单元9、导航窄带信号源5、遥感宽带信号源4连接。导航窄带信号源5和遥感宽带信号源4分别都与合路器6连接。合路器6通过功率放大器7与雷达天线1连接。雷达接收机10和通信接收机11分别与第一滤波器12和第二滤波器13连接后连接到功分器14，功分器14通过低噪声放大器15(LNA)与雷达天线1连接。

频率综合器3采用GNSS导航卫星级原子钟作为频率源，倍频(锁相)到100MHz，作为雷达基本时钟。再基于锁相结构实现L波段载波并基于锁相结构给出ADC采样频率源以及数字电路频率源。

遥感宽带信号源4基于100MHz频率源，通过DDS+PLL架构，生成雷达所用L、C、X波段的宽带信号；导航窄带信号源5基于100MHz频率源，通过DDS+PLL架构，生成导航广播信号。合路器6采用覆盖L-X波段的功率合成器件，完成宽带信号与窄带信号的合路。功率放大器7采用覆盖L-X波段的宽带固态功放，完成两路信号的放大，功率达到20dBm以上量级。

雷达信号采集存储单元8采用基于FPGA与高精度大动态ADC的架构，完成宽带信号的高保真模数转换，并基于磁盘阵列完成原始数据的存储。通信信息处理单元9完成用户传输信号的采集、处理。雷达接收机10接收地(海)面反射回波的放大、滤波、下变频与中频调理。通信接收机11完成地(海)面用户上传信号的放大、滤波、下变频与中频调理。第一滤波器12的功能是从收到的电磁信号中将雷达回波信号滤出而抑制有害信号。第二滤波器13的功能是从手打ode电磁信号中将通信信号滤出而抑制有害信号。功分器14将从天线收到的信号功分为两路，分别送入雷达和通信链路。低噪声放大器15为覆盖通信与雷达工作频率范围的宽带低噪放大器，将有用信号放大。

如图2所示，导航天线2和雷达天线1采用一体化设计。一体化卫星作为GNSS星座系统的低轨增强部分，同时参与GNSS卫星星座定轨解算，其位置和速度精度等同于GNSS卫星星座网解精度，一般精度高于GNSS系统客户端的位置和速度测量精度。由于导航雷达一体化卫星的导航天线2相位中心和雷达天线1相位中心重合，所以不需要进行卫星星体部位修正，网解得到的导航天线2相位中心位置和速度等同于雷达天线1相位中心的位置和速度。

卫星采用统一的时频基准、统一的基带/波形、统一的播发天线，从而确保雷达载荷和导航载荷稳定兼容工作。

在导航增强条件下，通过减小雷达天线1相位中心的位置误差、速度误差及斜距测量误差，从而提升雷达图像定位精度；依靠极高的时频基准与高精度的姿态/轨道参数，从而提升雷达的超高分辨率成像质量；通过消除雷达与导航信号的相位中心误差，并通过导航接收天线与雷达信号角反射器的一体化设计，从而提升雷达干涉测高精度。

在雷达增强条件下，通过构建高/中/低轨混合的导航卫星星座，从而提升整个导航星座的定轨精度和可靠性；通过增加定位模型的观测值数量，并定制增强导航信号，从而实现导航服务能力的增强；通过共用波束窄、方向性强、低旁瓣的雷达天线1，从而实现指定区域的导航精度提升，并具有良好的抗干扰能力。

Claims (10)

1.一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，包括雷达天线(1)、导航天线(2)和频率综合器(3)，所述导航天线(2)的相位中心和雷达天线(1)的相位中心重合，所述频率综合器(3)分别与雷达接收机(10)、通信接收机(11)、雷达信号采集存储单元(8)、通信信息处理单元(9)、导航窄带信号源(5)、遥感宽带信号源(4)连接，所述导航窄带信号源(5)和遥感宽带信号源(4)分别都与合路器(6)连接，所述合路器(6)通过功率放大器(7)与雷达天线(1)连接，所述雷达接收机(10)和通信接收机(11)分别与第一滤波器(12)和第二滤波器(13)连接后，连接到功分器(14)，所述功分器(14)通过低噪声放大器(15)与所述雷达天线(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述导航天线(2)和雷达天线(1)采用一体化设计。

3.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述卫星为采用统一的时频基准、统一的基带/波形、统一的播发天线的卫星。

4.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述雷达天线(1)为波束窄、低旁瓣的雷达天线(1)。

5.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述频率综合器(3)采用GNSS导航卫星级原子钟作为频率源，倍频到100MHz，作为雷达基本时钟。

6.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述雷达信号采集存储单元(8)采用基于FPGA与高精度大动态ADC的架构，并基于磁盘阵列完成原始数据的存储。

7.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述遥感宽带信号源(4)为基于100MHz频率源，通过DDS+PLL架构生成雷达所用L、C、X波段的宽带信号的信号源。

8.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述导航窄带信号源(5)为基于100MHz频率源，通过DDS+PLL架构生成导航广播信号的信号源。

9.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述合路器(6)采用覆盖L-X波段的功率合成器件。

10.根据权利要求1所述的一种导航雷达一体化卫星，其特征在于，所述功率放大器(7)采用覆盖L-X波段的宽带固态功率放大器。

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