一種基于多天線的岸基gnss-r智能采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于多天線的岸基GNSS-R智能采集裝置，具體為通過布置多個(gè) 反射信號(hào)天線，并由控制系統(tǒng)智能選取衛(wèi)星反射信號(hào)接收天線，實(shí)現(xiàn)采集不同區(qū)域的衛(wèi)星 反射信號(hào)裝置，特別指在岸基條件下采集海面反射信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用導(dǎo)航衛(wèi)星反射信號(hào)（GNSS-R)技術(shù)進(jìn)行遙感開始于20世紀(jì)90年代，最早將其 用于海面測(cè)高。GNSS-R作為一種被動(dòng)式多基雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，無需信號(hào)發(fā)射源，降低了利用 該技術(shù)進(jìn)行遙感應(yīng)用的成本。隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)的迅速發(fā)展，地球在軌導(dǎo)航衛(wèi) 星的增多，為GNSS-R技術(shù)提供了大量的信號(hào)源，為GNSS-R進(jìn)行全球覆蓋探測(cè)提供了保障。 GNSS-R技術(shù)逐漸擴(kuò)展到多種應(yīng)用領(lǐng)域，包括海洋風(fēng)場(chǎng)、土壤濕度、海冰、極地雪層、以及目標(biāo) 探測(cè)等領(lǐng)域。
[0003] GNSS-R海洋遙感主要通過信號(hào)采集設(shè)備，完成對(duì)探測(cè)海域的直反信號(hào)采集，并對(duì) 接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和反演算法，最終完成遙感。信號(hào)采集設(shè)備主要安裝于岸基、機(jī) 載以及星載平臺(tái)。在岸基平臺(tái)下，通過采集天線覆蓋區(qū)的衛(wèi)星反射信號(hào)以及平臺(tái)天頂方向 的直射信號(hào)，完成對(duì)該單一海域的探測(cè)。由于岸基平臺(tái)的高度較低，反射信號(hào)接收天線所覆 蓋的海洋區(qū)域面積有限，導(dǎo)致了利用GNSS-R技術(shù)所探測(cè)的海洋風(fēng)場(chǎng)區(qū)域受到限制。同時(shí)， 單一反射信號(hào)接收天線固化了海洋探測(cè)區(qū)域，對(duì)局部海域風(fēng)場(chǎng)的瞬時(shí)變化的探測(cè)具有一定 的局限性。
[0004] 本發(fā)明涉及一種基于多天線的岸基GNSS-R智能采集裝置。在岸基條件，本裝置通 過布置多個(gè)反射信號(hào)天線，使其指向不同的探測(cè)海域。GNSS-R采集監(jiān)控終端根據(jù)需要探測(cè) 的海域，向采集裝置發(fā)送指令，選取相應(yīng)的反射天線。本采集裝置有多種采集模式，包括：任 意單一海域信號(hào)采集、任意多海域信號(hào)采集以及天線覆蓋全區(qū)域采集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (1)目的
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于多天線的岸基GNSS-R智能采集裝置，該裝置通 過在岸基條件下按照一定的規(guī)則布置反射信號(hào)接收天線陣列，使其指向不同的海域，通過 監(jiān)控平臺(tái)與采集裝置進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)多海域的衛(wèi)星反射信號(hào)的采集，控制射頻通道 的開關(guān)，具有探測(cè)區(qū)廣、低成本、可靠性高、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，便于安裝于岸基平臺(tái)對(duì)近海海 域進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)探測(cè)。
[0007] (2)技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明一種基于多天線的岸基GNSS-R智能采集裝置，它由右旋天線（RHCP)、左旋 天線組（LHCPS)、多射頻前端、A/D、協(xié)調(diào)端、GNSS-R采集監(jiān)控終端組成，它們之間的位置連 接關(guān)系及信號(hào)走向是：右旋天線與左旋天線組分別通過線纜連接至多射頻前端；多射頻前 端、A/D、協(xié)調(diào)端采用集成化設(shè)計(jì)；GNSS-R采集監(jiān)控終端通過USB與協(xié)調(diào)端連接。右旋天線 與左旋天線組所采集的衛(wèi)星直射/反射信號(hào)經(jīng)過線纜傳送至多射頻前端、A/D模塊及協(xié)調(diào) 端后，最終通過USB接口上傳至GNSS-R采集監(jiān)控終端。
[0009] 所述右旋天線用于接收天頂方向的衛(wèi)星直射信號(hào)，天線兼容LUBl頻段；
[0010] 所述左旋天線組用于接收經(jīng)海面反射的衛(wèi)星信號(hào)，天線兼容LUBl頻段；
[0011] 所述的多射頻前端首先通過對(duì)射頻通道進(jìn)行開關(guān)操作，控制射頻通道與左旋天線 組的連接。最后射頻前端用于接收分別由右旋天線及左旋天線組采集的衛(wèi)星直射信號(hào)和反 射信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行混頻、放大、濾波等處理，并將處理后的直射/反射模擬中頻信號(hào)傳 至A/Dt旲塊；
[0012] 所述的A/D的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)A/D模塊組成，它用于將多射頻前端輸出的多路直射 /反射模擬中頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼，并將多路直射/反射數(shù)字中頻信號(hào)上傳至協(xié)調(diào) 端；
[0013] 所述的協(xié)調(diào)端的結(jié)構(gòu)是由數(shù)據(jù)緩存模塊、指令分配模塊以及接口電路組成，彼此 相互連接，它用于：緩存上傳的多路直射/反射數(shù)字中頻信號(hào)，并對(duì)其按照一定的數(shù)據(jù)格式 打包存儲(chǔ)；根據(jù)監(jiān)控端的指令信息定時(shí)上傳原始數(shù)字中頻數(shù)據(jù)；與GNSS-R采集監(jiān)控終端完 成信息交互，根據(jù)遙控指令向?qū)?yīng)的模塊傳達(dá)指令信息；
[0014] 所述的GNSS-R采集監(jiān)控終端是安裝于計(jì)算機(jī)的采集管理軟件，它用于：存儲(chǔ)由協(xié) 調(diào)器上傳的原始數(shù)字中頻數(shù)據(jù)；根據(jù)探測(cè)需要，向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令，完成對(duì)反射信號(hào)接收天 線的智能選擇和原始數(shù)據(jù)的定時(shí)上傳。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] (1)通過部署多個(gè)左旋天線，即左線天線組，擴(kuò)大了岸基GNSS-R采集裝置覆蓋的 海洋區(qū)域；
[0017] (2)通過采集不同海域衛(wèi)星的反射信號(hào)，有助于分析海面風(fēng)場(chǎng)的驟變；
[0018] (3)通過GNSS-R采集監(jiān)控終端與協(xié)調(diào)端的指令交互，可智能選擇不同的反射天 線；
[0019] (4)通過將天線覆蓋海域與天線一一對(duì)應(yīng)，便于對(duì)指定的海域進(jìn)行采集任務(wù)； [0020] (5)整個(gè)采集裝置采用集成一體化的設(shè)計(jì)模式，將整個(gè)射頻前端、A/D以及協(xié)調(diào)端 封裝在絕緣、隔熱、防潮、以及抗腐蝕的機(jī)殼內(nèi)，可有效避免岸基條件下，野外復(fù)雜環(huán)境對(duì)采 集裝置的損害；
[0021] (6)采集裝置經(jīng)UPS電源與觀測(cè)平臺(tái)的室內(nèi)電源連接，可保證在斷電條件下，采集 裝置可連續(xù)工作2小時(shí)。
【附圖說明】
[0022] 圖1 一種基于多天線的GNSS-R智能采集裝置結(jié)構(gòu)框圖
[0023] 圖2基于多天線的海洋覆蓋區(qū)域示意圖
[0024] 圖3天線覆蓋區(qū)域幾何關(guān)系示意圖
[0025] 圖4原始數(shù)字中頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式示意圖
[0026] 圖1中符號(hào)說明如下：
[0027] 1、右旋天線；2、左旋天線組；3、射頻前端；4、A/D器；5、協(xié)調(diào)端；6、GNSS-R采集監(jiān) 控終端；31、直射射頻模塊；32、33、反射射頻模塊；41、42、A/D模塊；51、數(shù)據(jù)緩存模塊；52、 指令分配模塊；53、接口模塊。
[0028] 圖2中符號(hào)說明如下：
[0029] 2、左旋天線組；7、海洋；21、橫向探測(cè)區(qū)域（公里）；22、縱向探測(cè)區(qū)域（公里）； 23、天線覆蓋區(qū)。
[0030] 圖3中符號(hào)說明如下：
[0031] h、天線距離海面的垂直高度；m、天線覆蓋區(qū)長(zhǎng)軸；d、天線覆蓋邊界距離天線的水 平距離；0、天線半功率波束寬度；a、天線仰角。
[0032] 圖4中符號(hào)說明如下：
[0033] A區(qū)直射、….X區(qū)直射、2bit的直射數(shù)字中頻數(shù)據(jù)（包括Ibit的數(shù)據(jù)位及Ibit的 符號(hào)位）；A區(qū)反射、….X區(qū)反射、2bit的反射數(shù)字中頻數(shù)據(jù)（包括Ibit的數(shù)據(jù)位及Ibit 的符號(hào)位）。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 參見圖1，本發(fā)明包括右旋天線1，左旋天線組2,射頻前端3,A/D器4,協(xié)調(diào)端5， GNSS-R采集監(jiān)控終端6。右旋天線與左旋天線組分別通過線纜連接至多射頻前端；多射頻 前端、A/D、協(xié)調(diào)端采用集成化設(shè)計(jì)；GNSS-R采集監(jiān)控終端通過USB與協(xié)調(diào)端連接。右旋天 線與左旋天線組所采集的衛(wèi)星直射/反射信號(hào)經(jīng)過線纜傳送至多射頻前端、A/D模塊及協(xié) 調(diào)端后，最終通過USB接口上傳至GNSS-R采集監(jiān)控終端。
[0035] 參見圖2,本發(fā)明采用單一直射天線與多個(gè)反射天線相組合的方式，對(duì)海洋7進(jìn)行 多區(qū)域的信號(hào)采集。通過GNSS-R采集監(jiān)控終端對(duì)射頻前端的采集指令，可智能采集不同海 域的衛(wèi)星反射信號(hào)。
[0036] 參見圖3,本發(fā)明采用的反射天線組，其單一天線的覆蓋區(qū)長(zhǎng)軸為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多天線的岸基GNSS-R智能采集裝置，其特征在于；它由右旋天線、左旋天 線組、多射頻前端、A/D、協(xié)調(diào)端和GNSS-R采集監(jiān)控終端組成，右旋天線與左旋天線組分別 通過線纜連接至多射頻前端；多射頻前端、A/D、協(xié)調(diào)端采用集成化設(shè)計(jì)；GNSS-R采集監(jiān)控 終端通過USB與協(xié)調(diào)端連接，右旋天線與左旋天線組所采集的衛(wèi)星直射/反射信號(hào)經(jīng)過線 纜傳送至多射頻前端、A/D模塊及協(xié)調(diào)端后，最終通過USB接口上傳至GNSS-R采集監(jiān)控終 端； 所述右旋天線用于接收天頂方向的衛(wèi)星直射信號(hào)，天線兼容L1、B1頻段； 所述左旋天線組用于接收經(jīng)海面反射的衛(wèi)星信號(hào)，天線兼容L1、B1頻段； 所述的多射頻前端首先通過對(duì)射頻通道進(jìn)行開關(guān)操作，控制射頻通道與左旋天線組的 連接，最后射頻前端用于接收分別由右旋天線及左旋天線組采集的衛(wèi)星直射信號(hào)和反射信 號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行混頻、放大、濾波處理，并將處理后的直射/反射模擬中頻信號(hào)傳至A/D模 塊； 所述的A/D的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)A/D模塊組成，它用于將多射頻前端輸出的多路直射/反 射模擬中頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化和編碼，并將多路直射/反射數(shù)字中頻信號(hào)上傳至協(xié)調(diào)端； 所述的協(xié)調(diào)端的結(jié)構(gòu)是由數(shù)據(jù)緩存模塊、指令分配模塊W及接口電路組成，彼此相互 連接，它用于；緩存上傳的多路直射/反射數(shù)字中頻信號(hào)，并對(duì)其按照一定的數(shù)據(jù)格式打包 存儲(chǔ)；根據(jù)監(jiān)控端的指令信息定時(shí)上傳原始數(shù)字中頻數(shù)據(jù)；與GNSS-R采集監(jiān)控終端完成信 息交互，根據(jù)遙控指令向?qū)?yīng)的模塊傳達(dá)指令信息； 所述的GNSS-R采集監(jiān)控終端是安裝于計(jì)算機(jī)的采集管理軟件，它用于；存儲(chǔ)由協(xié)調(diào)器 上傳的原始數(shù)字中頻數(shù)據(jù)；根據(jù)探測(cè)需要，向協(xié)調(diào)器發(fā)送指令，完成對(duì)反射信號(hào)接收天線的 智能選擇和原始數(shù)據(jù)的定時(shí)上傳。
【專利摘要】一種基于多天線的岸基GNSS-R智能采集裝置，它由右旋天線、左旋天線組、多射頻前端、A/D、協(xié)調(diào)端和GNSS-R采集監(jiān)控終端組成，右旋天線與左旋天線組分別通過線纜連接至多射頻前端；多射頻前端、A/D、協(xié)調(diào)端采用集成化設(shè)計(jì)；GNSS-R采集監(jiān)控終端通過USB與協(xié)調(diào)端連接，右旋天線與左旋天線組所采集的衛(wèi)星直射/反射信號(hào)經(jīng)過線纜傳送至多射頻前端、A/D模塊及協(xié)調(diào)端后，最終通過USB接口上傳至GNSS-R采集監(jiān)控終端。本發(fā)明按照一定的規(guī)則布置反射信號(hào)接收天線，使其指向不同的海域，通過監(jiān)控平臺(tái)與采集裝置進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)多海域的衛(wèi)星反射信號(hào)的采集，具有探測(cè)區(qū)廣、低成本、可靠性好、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。
【IPC分類】G01S19-13, G01S7-02
【公開號(hào)】CN104678405
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510072469
【發(fā)明人】楊東凱, 王強(qiáng), 高超群, 高洪興, 王峰
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日