[发明专利]一种星载GNSS‑R多波束相控阵天线装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种星载GNSS-R多波束相控阵天线装置及其方法。

背景技术

GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflection)遥感技术是利用导航卫星L波段信号，以岸基、航空或星载平台，接收并处理海洋、陆地或目标反射信号，实现特征要素提取或目标探测的技术。GNSS卫星反射信号为右旋圆极化，经海面散射后，信号强度衰减并且信号极性翻转，呈左旋圆极化。目前，地基或机载GNSS-R探测一般使用宽波束天线，接收海面反射信号；在星载高度，海面反射信号微弱，需采用高增益天线接收反射信号。高增益天线波束较窄，单个固定波束只能接收星下点区域镜面反射信号，覆盖范围较小，但采用多波束相控阵天线，可对不同海面区域的多个GNSS卫星的海面反射信号进行接收。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种星载GNSS-R多波束相控阵天线装置，其采用多个天线波束，可对不同海面区域的多个GNSS卫星的海面反射信号接收，解决了星载高度下，高增益天线单个固定波束宽度窄、覆盖范围小，只能覆盖星下点反射区域的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种星载GNSS-R多波束相控阵天线装置，包括：

左旋天线阵列，包括N个左旋圆极化天线单元；所述N个左旋圆极化天线单元安装于铝蜂窝板的正面，用于接收GNSS卫星在海面的反射信号；

一体化射频前端，与所述左旋天线阵列背靠背连接，安装于铝蜂窝板的背面；所述一体化射频前端用于对所述左旋天线阵列接收的反射信号进行低噪声移相放大、波束合成等处理。

本发明所述的天线装置通过天线波束指向控制，可对多个GNSS卫星信号在海面的镜面反射点的反射信号进行接收；相控阵天线装置为一体化和模块化设计，为天线的扩展提供了方便，当需要提高天线增益，扩大天线阵面时，只需通过天线子模块设计对其进行扩展，同时减小了天线重量和结构尺寸。

较佳的，所述一体化射频前端包括：多通道接收组件、波束控制器、激励器和综合馈电网络，其中：每个所述左旋圆极化天线单元的后端均安装一所述多通道接收组件；所述综合馈电网络分别与全部所述多通道接收组件、激励器以及一所述波束控制器相连。所述一体化射频前端为一体化设计，集成度高、尺寸小、功耗低且重量轻。

较佳的，所述多通道接收组件用以对来自N个左旋圆极化天线单元的输入信号进行放大，每路功分成M路，分别进行通道配相和幅度、相位补偿；所述波束控制器用以完成波控码计算、补偿和配相，使天线波束指向驻留于预定方向；所述激励器用以把接收的来自所述波束控制器的控制命令以及状态参数转换成对所述多通道接收组件的控制指令并进行再分配。

较佳的，所述综合馈电网络包括微波功率合成网络和馈电网络；所述微波功率合成网络用以将所述多通道接收组件中相应端口输出的射频信号每N路分别进行合成，形成M个波束的射频信号并输出；所述馈电网络用以传送所述波束控制器输出给所述激励器的控制信号以及由所述激励器产生用于控制多通道接收组件的控制信号。所述综合馈电网络集微波功率合成、供配电和信号控制为一体，实现了无缆化设计。

较佳的，所述波束控制器内预先存储经过测试得到的所述天线装置的通道一致性校准数据，所述多通道接收组件通过通道一致性校准数据配合波束控制信号来对通道进行幅相补偿，从而实现各波束的精确扫描。

较佳的，所述天线装置控制多个波束在方位角-30°～+30°、俯仰角-30°～+30°范围内进行扫描，不同的波束分别对准不同GNSS卫星的反射信号在海面的镜面反射点。

较佳的，所述一体化射频前端将来自所述N个左旋圆极化天线单元的输入信号放大滤波后，每路功分M路，分别移相后，再每N路分别进行合成，形成M个波束的射频信号输出。

本发明还提供一种实现基于相控阵的GNSS-R探测的方法，包括以下步骤：

S101:将左旋天线阵列安装于铝蜂窝板的正面；

S102：将综合馈电网络安装于铝蜂窝板的背面；

S103：将多通道组件安装于综合馈电网络上，其输入端口与左旋圆极化天线单元的后端连接，其输出端口与综合馈电网络相连；

S104：将激励器安装于综合馈电网络上，与综合馈电网络相连；

S105：将波束控制器安装于综合馈电网络上，与激励器相连接。