一種基于相控陣的gnss-r探測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測裝置，特別涉及一種基于相控陣的GNSS-R探測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，GNSS技術(shù)已經(jīng)深入到國防應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面。對(duì)于利用GNSS衛(wèi)星海面反射的信號(hào)進(jìn)行海洋動(dòng)力環(huán)境探測的應(yīng)用和研宄也越來越引起人們的關(guān)注。GNSS-R (Global Navigat1n Satellite System-Reflect1n)遙感技術(shù)是利用導(dǎo)航衛(wèi)星L波段信號(hào)，以岸基、航空或星載平臺(tái)，接收并處理海洋、陸地或目標(biāo)反射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特征要素提取或目標(biāo)探測的技術(shù)，是國內(nèi)外遙感和導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域研宄熱點(diǎn)之一。該技術(shù)研宄的最終目標(biāo)是進(jìn)行星載觀測，通過多星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，利用GNSS導(dǎo)航衛(wèi)星的反射信號(hào)對(duì)海洋進(jìn)行海洋動(dòng)力環(huán)境探測，主要應(yīng)用于海洋風(fēng)場反演、中尺度海面高度測量、海冰探測等方面。
[0003]GNSS-R技術(shù)采用雙基雷達(dá)前向散射模式進(jìn)行探測。GNSS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)為右旋圓極化，經(jīng)海面散射后，信號(hào)強(qiáng)度衰減并且信號(hào)極性翻轉(zhuǎn)，呈左旋圓極化。因此，GNSS-R海洋動(dòng)力環(huán)境探測儀器需要使用兩副天線，一副是對(duì)天的右旋天線，接收GNSS直射信號(hào)；另一副是對(duì)地的左旋天線，接收GNSS反射信號(hào)。在星載高度，海面反射信號(hào)微弱，需采用高增益天線接收反射信號(hào)。目前，大多采用機(jī)載固定波束GNSS-R遙感設(shè)備開展海面遙感的研宄，機(jī)載GNSS-R探測儀一般使用寬波束天線進(jìn)行推掃，接收海面反射信號(hào)；在星載高度，海面反射信號(hào)微弱，需采用高增益天線接收反射信號(hào)。高增益天線波束較窄，采用推掃方式只能接收星下點(diǎn)區(qū)域鏡面反射信號(hào)，覆蓋范圍較小，但采用多波束相控陣天線，可對(duì)多個(gè)海面區(qū)域進(jìn)行覆蓋，擴(kuò)大了刈幅，提高了時(shí)間分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種基于相控陣的GNSS-R探測裝置及方法，其采用多波束相控陣天線，可對(duì)多個(gè)海面區(qū)域進(jìn)行覆蓋，擴(kuò)大了刈幅，提高了時(shí)間分辨率，解決星載測高技術(shù)的波束窄、覆蓋范圍小的問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明提供一種基于相控陣的GNSS-R探測裝置，其包括:雙面相控陣天線，多普勒延遲映射接收機(jī)。所述雙面相控陣天線包括左旋天線陣列、右旋天線陣列以及射頻前端，所述左旋天線陣列與所述右旋天線陣列為背靠背方式，所述射頻前端安裝于所述左旋天線陣列和所述右旋天線陣列中間；所述多普勒延遲映射接收機(jī)包括多通道射頻接收單元以及相關(guān)器單元；其中:所述右旋天線陣列用于接收GNSS直射信號(hào)，所述左旋天線陣列用于接收GNSS反射信號(hào)，所述射頻前端用于對(duì)所述右旋天線陣列和所述左旋天線陣列接收的直射信號(hào)、反射信號(hào)進(jìn)行處理；所述多通道射頻接收單元接收所述雙面相控陣天線傳輸來的直射信號(hào)、反射信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理，形成直射中頻信號(hào)、反射中頻信號(hào)，所述相關(guān)器單元接收所述直射中頻信號(hào)、反射中頻信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行處理，輸出相關(guān)功率。
[0006]本發(fā)明采用多波束雙面相控陣天線通過天線波束指向控制，可對(duì)多個(gè)海面區(qū)域進(jìn)行覆蓋，擴(kuò)大了刈幅，提高了時(shí)間分辨率；相控陣天線為模塊化設(shè)計(jì)，為天線的擴(kuò)展提供了方便，當(dāng)需要提高天線增益，擴(kuò)大天線陣面時(shí)，只需通過天線子模塊設(shè)計(jì)來對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。
[0007]較佳地，所述左旋天線陣列與所述右旋天線陣列分別對(duì)應(yīng)一個(gè)所述射頻前端，兩個(gè)所述射頻前端之間設(shè)置有隔板。
[0008]較佳地，所述射頻前端為一體化射頻前端，設(shè)置于所述左旋天線陣列和所述右旋天線陣列之間，所述一體化射頻前端包括:多通道接收組件、激勵(lì)器、波束控制器以及饋電網(wǎng)絡(luò)；其中:所述多通道接收組件安裝于所述左旋天線陣列以及所述右旋天線陣列的天線單元的后端；所述饋電網(wǎng)絡(luò)與所述多通道接收組件、所述激勵(lì)器以及所述波束控制器相連。射頻前端采用一體化設(shè)計(jì)，集成度高、尺寸小、功耗低、重量輕；其設(shè)置于兩個(gè)天線陣列的中間，可以節(jié)省空間，降低天線的高度。
[0009]較佳地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)為多層綜合饋電網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有的饋電網(wǎng)絡(luò)在信號(hào)合成時(shí)，頻率較低一般采用射頻電纜網(wǎng)絡(luò)，其缺點(diǎn)在于要求電纜長度完全一致，在通道數(shù)較多時(shí)，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，電纜數(shù)量較多，幅度、相位一致性難以保證，調(diào)試、測試工作量大；供配電和控制信號(hào)是通過制作低頻電纜實(shí)現(xiàn)，供配電和控制信號(hào)數(shù)量較多時(shí)，容易出錯(cuò)。本發(fā)明采用多層印制板結(jié)構(gòu)的饋電網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試容易，幅度相位一致性高，電磁兼容性和穩(wěn)定性也比較好。
[0010]較佳地，還包括校正源，所述相關(guān)器單元產(chǎn)生控制信號(hào)對(duì)所述校正源進(jìn)行校正控制，所述校正源產(chǎn)生校正源信號(hào)，對(duì)通道間幅度、相位一致性進(jìn)行測量；所述射頻前端接收所述校正源信號(hào)，由相關(guān)器單元產(chǎn)生通道間幅度、相位一致性測量結(jié)果；所述相關(guān)器單元根據(jù)通道間幅度、相位一致性測量結(jié)果，計(jì)算相應(yīng)的通道間幅度、相位補(bǔ)償，反饋給所述射頻前端。采用在軌校正方式，能夠有效校正由于溫度影響和元器件老化等原因帶來的通道間幅度相位不一致，提高探測裝置的探測精度。
[0011]較佳地，所述探測裝置的工作模式包括探測模式和校正模式兩種選擇。
[0012]較佳地，所述探測裝置的控制模式包括遙控模式和自主模式兩種選擇。
[0013]較佳地，所述探測裝置的波束調(diào)度方式包括多波束工作和單波束工作兩種選擇。
[0014]較佳地，所述探測裝置的測量模式包括測高模式和測風(fēng)模式兩種選擇。
[0015]較佳地，所述探測裝置的導(dǎo)航系統(tǒng)包括GPS系統(tǒng)單模工作、BD系統(tǒng)單模工作和GPS+BD雙模工作三種選擇。
[0016]本發(fā)明的探測裝置可根據(jù)不同的環(huán)境和探測需要進(jìn)行多種模式的組合，提高了探測裝置的實(shí)用性，使其適用于各種不同的環(huán)境。
[0017]本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)基于相控陣的GNSS-R探測方法，包括以下步驟:S111:背靠背方式設(shè)置左旋天線陣列與右旋天線陣列；
5112:將射頻前端安裝于所述左旋天線陣列和所述右旋天線陣列中間，形成雙面相控陣天線；
5113:將所述雙面相控陣天線與多普勒延遲映射機(jī)相連；
S114:所述多普勒映射接收機(jī)的相關(guān)器單元完成工作方式的選擇，根據(jù)導(dǎo)航定位信息完成導(dǎo)航衛(wèi)星的選擇以及鏡面反射點(diǎn)預(yù)測，產(chǎn)生波束指向控制指令；
S115:射頻前端接收所述波束指向控制信號(hào)，將天線波束指向所需角度，便可以進(jìn)行探測； 其中:所述工作方式包括工作模式、探測模式、波束調(diào)度方式、測量模式以及導(dǎo)航系統(tǒng)中的一種或多種。
[0018]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明提供的基于相控陣的GNSS-R探測裝置采用多波束相控陣天線，通過天線波束指向控制，可對(duì)多個(gè)海面區(qū)域進(jìn)行覆蓋，擴(kuò)大了刈幅，提高了時(shí)間分辨率；
(2)本發(fā)明射頻前端采用一體化設(shè)計(jì)，集微波信號(hào)放大、多通道波束合成、天線指向波控碼計(jì)算和配相，多個(gè)波束開關(guān)選通，幅度相位一致性校正為一體，系統(tǒng)集成度高、尺寸小、功耗低、重量輕；
(3)本發(fā)明采用在軌校正方式，能減小由于溫度影響和元器件老化帶來的通道間幅度相位不一致，提尚探測精度；
(4)本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡(luò)為多層印制板綜合饋電網(wǎng)絡(luò)，相比使用現(xiàn)有的電纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試容易，功率合成的幅度相位一致性、電磁兼容性以及穩(wěn)定性比較好。
[0019](5)本發(fā)明采用的相控陣天線是模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)需要提高天線增益，擴(kuò)大天線陣面時(shí)，可通過設(shè)計(jì)拼接天線子模塊來實(shí)現(xiàn)，因此，其擴(kuò)展性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明:
圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1的基于相控陣天線的GNSS-R探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2的一體化相控陣天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3的基于相控陣天線的GNSS-R探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)基于相控陣天線的GNSS-R探測方法的工作流程圖；
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例5的相關(guān)器單元進(jìn)行模式組合的工作流程圖。
[0021]標(biāo)號(hào)說明:1-雙面相控陣天線，11-左旋天線陣列，12-右旋天線陣列，13-射頻前端，14-隔板，131-多通道接收組件，132-激勵(lì)器，133-波束控制器，134-饋電網(wǎng)絡(luò)，2-多普勒延遲映射接收機(jī)，21-多通道射頻接收單元，22-相關(guān)器單元，3-校正源。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0023]實(shí)施例1:
本實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明的基于相控陣天線的GNSS-R探測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括雙面相控陣天線I和多普勒延遲映射接收機(jī)2。雙面相控陣天線I包括左旋天線陣列U、右旋天線陣列12以及射頻前端13，左旋天線陣列11與右旋天線陣列12背靠背安裝，射頻前端13安裝于左旋天線陣列11和右旋天線陣列12之間，左旋天線陣列11與右旋天線陣列12分別對(duì)應(yīng)一個(gè)射頻前端13，兩個(gè)射頻前端13之間設(shè)置有隔板14 ;多普勒延遲映射接收機(jī)2包括多通道射頻接收單元21以及相關(guān)器單元22 ;其中:左旋天線陣列11用于接收GNSS反射信號(hào)，右旋天線陣列12用于接收GNSS直射信號(hào)，射頻前端13用于對(duì)左旋天線陣列11和右旋天線陣列12接收的反射信號(hào)、直射信號(hào)進(jìn)行放大、合成；多通道射頻接收單元21接收雙面相控陣天線I傳輸來的處理后的直射信號(hào)、反射信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行