[发明专利]星载GNSS-R/S一体化接收系统与海洋智能探测方法

权利要求书

1.一种星载GNSS-R/S一体化接收系统，其特征在于，包括

直达信号接收子系统(10)，用于获取导航卫星直达信号并解算出参考信息；

导航卫星先验信息计算模块(20)，用于根据参考信息计算得到先验信息；

GNSS-R/S信号接收子系统(30)，用于完成目标探测及环境信息反演；

所述直达信号接收子系统(10)包括：

单阵元天线(101)，用于接收导航卫星直达信号；

直达信号接收机(102)，用于解算导航卫星直达信号，得到所述系统自身的位置、速度，以及当前可见导航卫星的位置、速度、多普勒及码相位，形成第一参考信息和第二参考信息分别输出；

所述GNSS-R/S信号接收子系统(30)包括：

智能化二维多通道天线(301)，用于形成GNSS反射信号与散射信号的接收波束及对反射信号的零陷；

反射信号接收机(302)，用于对反射信号进行解调、解扩处理；

反射信号处理模块(303)，用于接收所述反射信号接收机(302)输出的反射信号信息以及所述直达信号接收机(102)输出的第二参考信息，完成海洋环境信息的反演处理；

散射信号接收机(304)，用于对散射信号进行解调、解扩处理；

散射信号处理模块(305)，用于接收所述散射信号接收机(304)输出的散射信号信息以及所述直达信号接收机(102)输出的第二参考信息，完成海洋目标的探测跟踪。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，先验信息为探测目标的方位信息。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能化二维多通道天线(301)的方位向口径为L米，距离向口径为W米，并由L波段微带阵列的天线单元(3011)组成，形成双极化多频段接收天线阵列；

所述智能化二维多通道天线(301)采用在轨波束赋形技术，根据输入的波束控制方位信息形成多个扫描波束，并在指定方位形成零陷。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述天线单元(3011)采用双极化方式，完成左旋圆极化与右旋圆极化信号的同步接收。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统搭载在低轨卫星上，并在卫星轨道上实现海洋信息反演与海面目标探测。

6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的星载GNSS-R/S一体化接收系统的海洋智能探测方法，包括以下步骤：

a、获取导航卫星直达信号；

b、解算所述系统自身位置信息及反射点方位信息；

c、生成波束赋形方位参数并形成反射波束，进行探测任务输入查询；

d、若有探测任务指令输入，则转入目标探测流程，否则结束本流程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤a中，对导航卫星直达信号进行解算、解调，得到可见卫星的位置、速度、多普勒及码相位信息；

在所述步骤b中，根据得到的卫星信息对所述系统当前所在的位置进行定位解算，得到所述系统当前的三维位置坐标；

根据卫星的位置信息及所述系统当前的位置信息，由空间几何关系解算导航卫星信号在海面镜面反射点的位置；

在所述步骤c中，由反射点的位置信息生成波束赋形参数，控制阵列天线进行波束赋形；

生成指向镜面反射点的反射波束，并接收反射信号；

在所述步骤d中，目标探测流程包括：

d1、接收导航先验信息，包括当前可见卫星位置和所述系统自身位置信息；

d2、根据当前卫星位置与所述系统自身位置信息，对扫描区域生成左旋信号接收波束及右旋信号接收波束，并在反射点方向形成深度零陷；

d3、接收海面目标的散射信号，进行散射卫星信号的解调、解扩处理，得到散射信号特征信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤b中，探测过程中当前可见的n颗导航卫星的位置记为(X₁，Y₁，Z₁)-(X_n，Y_n，Z_n)，收到四颗以上卫星时解出所述系统自身位置(X₀，Y₀，Z₀)；

记第i颗可见卫星的位置T为(X_i，Y_i，Z_i)，则所述系统的位置R为(X₀，Y₀，Z₀)，地心O坐标为(0，0，0)，该颗导航卫星相对于接收系统的反射点为C(x，y，z)；

计算反射点位置时，反射点C与导航卫星和所述系统的构型满足以下几何关系：

将直达信号接收子系统(10)计算得到的导航卫星与所述系统自身坐标代入上式，得：

得到第i颗导航卫星的反射点坐标(x,y,z)；

其中，r为地球半径；α为发射点处观测到的导航卫星的仰角；β为导航卫星、反射点、地心连线构成的几何夹角；RC为接收机和反射点间的距离，TC为导航卫星和反射点间的距离，RT为导航卫星和接收机间的距离；RO为接收机到地心之间的距离，TO为导航卫星到地心之间的距离；

在所述步骤(c)中，由反射点坐标(x，y，z)和所述系统自身坐标(X₀，Y₀，Z₀)得到波束控制方位信息，俯仰角θ为：

反射点的方位角为：

在生成反射接收波束时，选取反射点坐标(x，y，z)位于待观测目标区域的点形成反射接收波束；

当进行目标探测任务时，采用波束赋形技术对目标探测区域形成左旋圆极化和右旋圆极化的探测波束，并在反射信号方位上形成零陷。