[发明专利]一种基于多天线的岸基GNSS‑R智能采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多天线的岸基GNSS-R智能采集装置，具体为通过布置多个反射信号天线，并由控制系统智能选取卫星反射信号接收天线，实现采集不同区域的卫星反射信号装置，特别指在岸基条件下采集海面反射信号。

背景技术

利用导航卫星反射信号(GNSS-R)技术进行遥感开始于20世纪90年代，最早将其用于海面测高。GNSS-R作为一种被动式多基雷达探测技术，无需信号发射源，降低了利用该技术进行遥感应用的成本。随着全球导航卫星系统(GNSS)的迅速发展，地球在轨导航卫星的增多，为GNSS-R技术提供了大量的信号源，为GNSS-R进行全球覆盖探测提供了保障。GNSS-R技术逐渐扩展到多种应用领域，包括海洋风场、土壤湿度、海冰、极地雪层、以及目标探测等领域。

GNSS-R海洋遥感主要通过信号采集设备，完成对探测海域的直反信号采集，并对接收到的信号进行数据提取和反演算法，最终完成遥感。信号采集设备主要安装于岸基、机载以及星载平台。在岸基平台下，通过采集天线覆盖区的卫星反射信号以及平台天顶方向的直射信号，完成对该单一海域的探测。由于岸基平台的高度较低，反射信号接收天线所覆盖的海洋区域面积有限，导致了利用GNSS-R技术所探测的海洋风场区域受到限制。同时，单一反射信号接收天线固化了海洋探测区域，对局部海域风场的瞬时变化的探测具有一定的局限性。

本发明涉及一种基于多天线的岸基GNSS-R智能采集装置。在岸基条件，本装置通过布置多个反射信号天线，使其指向不同的探测海域。GNSS-R采集监控终端根据需要探测的海域，向采集装置发送指令，选取相应的反射天线。本采集装置有多种采集模式，包括：任意单一海域信号采集、任意多海域信号采集以及天线覆盖全区域采集。

发明内容

(1)目的

本发明的目的在于提供一种基于多天线的岸基GNSS-R智能采集装置，该装置通过在岸基条件下按照一定的规则布置反射信号接收天线阵列，使其指向不同的海域，通过监控平台与采集装置进行信息交互，实现对多海域的卫星反射信号的采集，控制射频通道的开关，具有探测区广、低成本、可靠性高、稳定性高等特点，便于安装于岸基平台对近海海域进行风场探测。

(2)技术方案

本发明一种基于多天线的岸基GNSS-R智能采集装置，它由右旋天线(RHCP)、左旋天线组(LHCPS)、多射频前端、A/D、协调端、GNSS-R采集监控终端组成，它们之间的位置连接关系及信号走向是：右旋天线与左旋天线组分别通过线缆连接至多射频前端；多射频前端、A/D、协调端采用集成化设计；GNSS-R采集监控终端通过USB与协调端连接。右旋天线与左旋天线组所采集的卫星直射/反射信号经过线缆传送至多射频前端、A/D模块及协调端后，最终通过USB接口上传至GNSS-R采集监控终端。

所述右旋天线用于接收天顶方向的卫星直射信号，天线兼容L1、B1频段；

所述左旋天线组用于接收经海面反射的卫星信号，天线兼容L1、B1频段；

所述的多射频前端首先通过对射频通道进行开关操作，控制射频通道与左旋天线组的连接。最后射频前端用于接收分别由右旋天线及左旋天线组采集的卫星直射信号和反射信号，并对信号进行混频、放大、滤波等处理，并将处理后的直射/反射模拟中频信号传至A/D模块；

所述的A/D的结构是由两个A/D模块组成，它用于将多射频前端输出的多路直射/反射模拟中频信号进行采样、量化和编码，并将多路直射/反射数字中频信号上传至协调端；

所述的协调端的结构是由数据缓存模块、指令分配模块以及接口电路组成，彼此相互连接，它用于：缓存上传的多路直射/反射数字中频信号，并对其按照一定的数据格式打包存储；根据监控端的指令信息定时上传原始数字中频数据；与GNSS-R采集监控终端完成信息交互，根据遥控指令向对应的模块传达指令信息；

所述的GNSS-R采集监控终端是安装于计算机的采集管理软件，它用于：存储由协调器上传的原始数字中频数据；根据探测需要，向协调器发送指令，完成对反射信号接收天线的智能选择和原始数据的定时上传。

本发明的优点在于：

(1)通过部署多个左旋天线，即左线天线组，扩大了岸基GNSS-R采集装置覆盖的海洋区域；

(2)通过采集不同海域卫星的反射信号，有助于分析海面风场的骤变；

(3)通过GNSS-R采集监控终端与协调端的指令交互，可智能选择不同的反射天线；

(4)通过将天线覆盖海域与天线一一对应，便于对指定的海域进行采集任务；