[发明专利]星载多通道GNSS-S雷达海量数据在轨处理系统及方法

说明书

本发明涉及一种星载多通道GNSS‑S雷达海量数据在轨处理系统及方法，系统包括：多通道阵列天线(10)，用于接收海面的多路导航卫星信号的散射信号(GNSS‑S信号)；数字接收模块(20)，用于对多路GNSS‑S信号进行处理，获得多路数字域GNSS‑S信号；FPGA模块(30)，用于对多路数字域GNSS‑S信号进行处理，获得舰船SAR图像切片与位置，进行星地传输。本发明具备大幅宽探测、实时性高、系统结构简单、热量分布均匀、在轨计算稳定性高等优势。

技术领域

本发明涉及一种星载多通道GNSS-S雷达海量数据在轨处理系统及方法。

背景技术

大范围海面舰船目标搜索探测与跟踪一直是科学研究的热点，而由于受海上云雨雾等天气影响，光学传感器难以发挥其高分辨率成像与识别的优势。但星载SAR系统则能够穿云透雾，实现全天时全天候对海观测，适合海面舰船目标的高分辨率成像与探测应用。然而，现有的星载SAR系统功耗较大，难以实现全轨道周期满占空比连续探测，因此亟待探索新体制雷达技术实现大范围海面舰船目标的连续探测。

对此，一些技术实现了利用导航卫星信号的反射信号(GNSS-R)进行海面风场探测，并实现了低轨卫星搭载试验。同时，也有一些技术在地基利用导航卫星信号的散射信号(GNSS-S)实现星发地收双站SAR成像，但受限于导航卫星信号的有效带宽，成像分辨率一般在10m以上，难以满足海面舰船目标识别的分辨率要求，但可以满足海面舰船目标检测与跟踪的分辨率要求。

并且，利用GNSS-S进行海面舰船目标探测时不需要主动发射信号，仅需接收导航卫星信号的散射信号即可实现舰船目标探测，因此具有低功耗的优势，相比于大功耗SAR，可以长时间工作，即更适合舰船目标长时间跟踪。此外，导航卫星信号具有全球覆盖优势，且海面任一空间均可同时接收到多颗导航卫星信号，具备多站联合探测优势。而星载GNSS-S雷达虽然可以利用多通道阵列天线实现大范围海面舰船目标探测，但回波数据率高达几百Gbps，难以直接传输到地面进行处理。因此，星载多通道GNSS-S雷达的海量数据在轨处理成为了大范围海面舰船目标连续探测的重要技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载多通道GNSS-S雷达海量数据在轨处理系统及方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种星载多通道GNSS-S雷达海量数据在轨处理系统及方法，系统包括：

多通道阵列天线，用于接收海面的多路导航卫星信号的散射信号(即GNSS-S信号)；

数字接收模块，用于对多路GNSS-S信号进行处理，获得多路数字域GNSS-S信号；

现场可编程门阵列(FPGA)模块，用于对多路数字域GNSS-S信号进行处理，获得舰船合成孔径雷达(SAR)图像切片与位置，进行星地传输。

根据本发明的一个方面，所述多通道阵列天线包括P个天线面阵，每个所述天线面阵均包括M×N个天线子阵，各所述天线子阵的规模与排布均一致，M为沿方位向的天线子阵个数，N为沿距离向的天线子阵个数；

天线工作频段为L波段，中心频率为1.19GHz或1.27GHz或1.57GHz，有效带宽大于40MHz，每个所述天线子阵的增益均大于10dB，带内增益平坦度优于(小于)1dB，天线的极化方式为左旋圆极化。

根据本发明的一个方面，所述数字接收模块包括：

M×N个数字接收组件，用于对微弱GNSS-S信号进行带通滤波、低噪声放大、混频、带通滤波、中频放大与采样量化，获得数字域GNSS-S信号；

时钟网络，用于为所述数字接收组件提供本振频率与模数转换器(ADC)采样时钟。

根据本发明的一个方面，所述数字接收组件包括：

第一带通滤波器，用于抑制带外频率信号；