[发明专利]一种GNSS海洋反射信号接收系统及接收方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星应用领域，涉及一种GNSS海洋反射信号接收系统及接收方法。

背景技术

随着全球卫星导航系统(GNSS)技术研究和应用的不断深入，在海洋探测方面，GNSS的应用也得到了迅速发展，并产生了以此技术为基础的新兴学科-GNSS-R海洋遥感学。GNSS-R海洋探测技术利用LEO卫星上搭载的GNSS接收机，接收GNSS直射信号和海面反射信号，通过它们之间的时间延迟和相关函数波形及其后沿特性进行分析，并结合海面、海浪对电波的散射理论，获取海面平均高度、海面风场、浪高、海面盐度等信息，同时结合海面反射和前向散射的信息，可以探测到海面风速和风向信息。与其他海洋遥感技术相比，GNSS-R采用无源探测方法，不需要发射设备，可以实现全球均匀覆盖，获取数据量大，并且可以全天候工作，不受天气状况的影响。因此GNSS-R在海洋遥感方面有着巨大的应用前景。

现有GNSS信号接收技术面向的是信号功率较强的GNSS直射信号，采用普通增益的宽波束右旋圆极化天线就能够满足要求。然而，GNSS卫星导航信号经过海面反射后，发生了两方面的变化：一是信号功率大大衰减，变成了微弱卫星导航信号；二是信号极性发生了变化，从右旋圆极化信号变为了左旋圆极化信号。同时，由于GNSS卫星和LEO卫星之间的相对运动，GNSS信号的海洋反射点位置时刻在变动。因此，如何有效可靠的接收经过海面反射后的微弱GNSS卫星信号是GNSS-R海洋遥感探测方面首要解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种GNSS海洋反射信号接收系统及接收方法，能够稳定有效的接收微弱的GNSS海洋反射信号。

本发明的技术解决方案：一种GNSS海洋反射信号接收系统，包括：N元阵列天线、射频前端模块、L波段变频组件、实时校准模块、A/D、DDC、数字波束形成模块、合成信号数字上变频模块和D/A；

N元阵列天线接收微弱海洋反射信号；

射频前端模块安置于N元阵列天线上，在实时接收信号模式下，接收N元阵列天线信号，进行滤波、放大后送入L波段变频组件；在校准模式下，接收实时校准模块输出的校准信号，进行滤波、放大后送入L波段变频组件；

L波段变频组件进行放大和下变频；

A/D将L波段变频组件输出的下变频信号转换成数字信号送入DDC中；

DDC进行数字下变频处理，得到N路基带信号，并将N路基带信号送入数字波束形成模块；

数字波束形成模块，有实时接收信号模式和校准模式两种工作模式，在校准模式下，数字波束形成模块控制实时校准模块产生N路幅度和相位相等的标准信号，送入射频前端模块；N路校准信号经过射频前端模块、L波段下变频组件、A/D、DDC后变为N路基带信号，送入数字波束形成模块；数字波束形成模块根据此时输入的N路基带信号计算校正系数；校正系数计算完成后，数字波束形成模块控制实时校准模块，关闭校准信号的产生，转入实时接收信号模式；在实时接收信号模式下，根据海洋反射信号接收机计算的卫星反射点轨迹和N元阵列天线波束指向的关系，利用空域滤波器处理由DDC输出的N路基带信号，通过改变空域滤波器权值，使期望方向的信号通过空域滤波器，同时抑制其他方向的信号，从而实时调整N元阵列天线的波束指向，使卫星的镜面反射点始终在N元阵列天线方向图的主瓣内，完成数字波束合成；

实时校准模块产生N路幅度和相位相等的标准信号，送入射频前端模块；

合成信号数字上变频模块，将数字波束合成信号变换为数字中频信号；

D/A将合成信号数字上变频模块变换后的数字中频信号变换为模拟中频信号。

一种GNSS海洋反射信号接收方法，实现步骤如下：

(1)当外部的波束指向控制信号发生改变时，转入校准模式，由数字波束形成模块控制实时校准模块产生N路校准信号，送入射频前端模块；此时，射频前端模块检测到N路校准信号的有效性，切断从N元阵列天线输入的实际信号；N路校准信号经过射频前端模块、L波段变频组件、A/D、DDC后，变为N路基带信号，进入数字波束形成模块；数字波束形成模块根据此时输入的N路基带信号计算校正系数；校正系数计算完成后，数字波束形成模块控制实时校准模块，关闭校准信号的产生，转入实时接收信号模式；