一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端制造技术

本发明专利技术提供一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端，集成了天线、放大器、射频信道、基带处理、电源，通过接收处理GNSS导航信号、融合测量的终端三维加速度和三维角速度信息，实时解算终端位置与姿态信息，并为数字相控阵处理提供通信卫星的俯仰角和方位角信息，采用数字相控阵波束合成技术接收多颗低轨卫星通信信息，采用数字相控阵加权调制技术向低轨卫星发送通信信息，完成低轨卫星双向通信功能。本发明专利技术在较小体积内实现了各模块的一体化设计，完成了基于卫星导航和惯性组合的姿态测量，为波束指向提供了精确基准，完成了低轨通信射频信号的收发数字波束处理，实现了同时支持两个低轨卫星通信接入功能。低轨卫星通信接入功能。低轨卫星通信接入功能。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端


[0001]本专利技术涉及电学
，具体涉及一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端。

技术介绍

[0002]低轨卫星由于距离地面近、信号质量优，且具备更小时延，常用作通信卫星。低轨卫星星座能够在全球范围内对导航星座提供信息增强和信号增强，能够为用户提供实时高精度定位服务，提升通信和遥感服务的效能。低轨星座以其通信和导航功能兼备的独特优势，逐步受到学术界和产业界的关注和青睐。
[0003]美国铱星系统与GPS系统共同研发推出新型卫星授时与定位服务(STL)，已成为GPS系统的备份或补充，既可以独立的导航、定位，也能对GPS系统进行信号增强。在通信业务以外，铱星星座提供STL服务，可实现室内和峡谷地区的定位导航授时。STL服务性能为：定位精度30～50米、授时精度约为200ns，原信号落地功率比GPS L1C/A码信号强300～2400倍(24.8～33.8dB)，室内可用性大幅提升，增强了复杂地形环境和复杂电磁环境下的导航可用性和安全性。
[0004]欧洲Galileo系统技术团队也在积极推进开普勒系统研究，通过4
‑
6颗低轨卫星构成的低轨星座，通过星间链路对中高轨卫星进行监测和高精度测量，以大幅提高Galileo星座的定轨精度。系统通过LEO卫星星座对无电离层、对流层扰动的导航信号进行观测，可提升MEO系统的完好性和精度。
[0005]国内在低轨导航星座设计以及试验星发射方面发展更为迅速，已有多个低轨试验星获取了下行导航信号，探索基于低轨卫星导航增强的应用模式。“鸿雁”、“虹云”、“天地一体化信息网络”等通信星座均考虑了低轨卫星增强的需求，微厘空间、箭旅镜像主打低轨高精度增强。“鸿雁星座试验星”、“珞珈一号”、“微厘空间”、“网通一号”等低轨试验卫星的在轨技术试验，为低轨卫星导航信号增强技术、精度增强等技术积累了试验数据。
[0006]在低轨卫星应用终端中采用相控阵天线，主要考虑移动卫星通信中的发射多波束切换管理、避免干扰其他卫星以及多星信号灵活接收。对于低轨卫星通信，卫星在轨道上不停地快速运动，地面天线要保持跟踪天空中“飞行”的卫星，并能很快地从跟踪一颗卫星切换到另一颗，如果使用传统机械式天线，除非是双天线，否则无法在不造成通信中断的情况下连续跟踪卫星。相控阵等电扫描平板天线的应用将大大改善上述情况，由于没有机械部件，低轮廓、高可靠性，甚至一副天线可以支持多星同时工作，非常有利于低轨卫星通信。
[0007]未来相控阵天线将会越来越多地采用数字相控阵技术。为提高星座卫星通信系统的单星覆盖范围，要求大范围波束覆盖(
±
60
°
左右)；为满足用户随时随地使用需求，要求卫星可调整波束的大小、指向、功率以及波束间带宽等，从而灵活地实现动态分配卫星容量；面对日益拥挤的卫星星座和频率使用环境，要求卫星通信系统具备保护战术波形能力；为满足灵活终端应用，要求任意极化方式、通信波形可配置、波束灵活调整和快速跟踪。数字相控阵技术能够实现卫星功率动态分配、波束动态重构、敏捷调整，具备自适应抗干扰能
力，同时避免干扰其他卫星。

技术实现思路

[0008]本专利技术是为了解决轨星座通信导航融合应用问题，提供一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端，集成了天线、放大器、射频信道、基带处理、电源，通过接收处理GNSS导航信号、融合测量的终端三维加速度和三维角速度信息，实时解算终端位置与姿态信息，并为数字相控阵处理提供通信卫星的俯仰角和方位角信息，采用数字相控阵波束合成技术接收多颗低轨卫星通信信息，采用数字相控阵加权调制技术向低轨卫星发送通信信息，完成低轨卫星双向通信功能。本专利技术在较小体积内实现了各模块的一体化设计，完成了基于卫星导航和惯性组合的姿态测量，为波束指向提供了精确基准，完成了低轨通信射频信号的收发数字波束处理，实现了同时支持两个低轨卫星通信接入功能。
[0009]本专利技术提供一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端，包括依次电连接的阵列天线单元、放大器单元、射频信道单元、基带处理单元、接口单元和与放大器单元、射频信道单元、基带处理单元、接口单元均电连接的电源单元，基带处理单元用于将GNSS导航信号、融合应用终端位置信息、融合应用终端姿态信息、波束指向的俯仰角、波束指向的方位角、天线阵元相对位置和波束形成的相位零值计算得到阵列天线单元的移相值进行导航增强；
[0010]阵列天线单元包括GNSS天线和阵列排布的通信天线，GNSS天线用于接收GNSS导航信号，通信天线用于接收和发射低轨卫星的通信信号；
[0011]放大器单元包括与GNSS天线电连接的GNSS放大单元和与通信天线电连接的通信信号放大单元，GNSS放大单元用于将GNSS导航信号进行放大、滤波，通信信号放大单元用于将通信信号进行放大、滤波；
[0012]射频信道单元包括与GNSS放大单元电连接的GNSS接收信道和与通信信号放大单元均电连接的通信接收信道、通信发射信道，GNSS接收信道用于将GNSS导航信号进行下变频、滤波和放大后得到GNSS导航模拟中频信号，通信信号放大单元用于将通信信号进行下变频、滤波和放大后得到通信模拟中频信号，通信发射信道用于接收基带处理单元输出的数字中频信号进行上变频和滤波后输出至通信信号放大单元；
[0013]基带处理单元包括依次电连接的导航信号处理模块、组合测姿模块、主控模块，与主控模块均电连接的通信信号处理模块、通信协议处理模块、存储模块和与组合测姿模块电连接的惯导模块；通信信号处理模块和组合测姿模块、通信协议处理模块均电连接，导航信号处理模块与GNSS接收信道的输出端电连接，通信信号处理模块与通信接收信道、通信发射信道均电连接，通信协议处理模块与接口单元电连接；
[0014]导航信号处理模块用于接收GNSS导航模拟中频信号进行GNSS卫星信号的捕获、跟踪、解调、原始观测量提取并向组合测姿模块和主控模块输出导航电文、GNSS卫星信号原始观测量、工作状态；惯导模块用于向组合测姿模块输出融合应用终端的加速度测量值和角速度测量值；组合测姿模块用于接收GNSS卫星信号原始观测量、加速度测量值和角速度测量值并持续计算融合应用终端的位置信息、姿态信息输出至主控模块；通信信号处理模块用于在主控模块的控制下接收位置信息、姿态信息和通信模拟中频信号计算得到低轨卫星的波束指向俯仰角波束指向方位角θ并得到移相值φ
p
，通信信号处理模块用于进行通信模拟中频信号的捕获、跟踪、译码并提取低轨卫星原始观测量形成通信电文并将低轨卫星
原始观测量、通信电文输出至通信协议处理模块，通信信号处理模块用于将低轨卫星原始观测量发送至组合测姿模块进行导航增强；通信协议处理模块用于在主控模块的控制下接收通信信号处理模块输出的通信电文、原始观测量按照通信协议解析后发送给接口单元，通信协议处理模块用于接收接口单元的输出信息按照协议进行组帧后发送给通信信号处理模块，通信信号处理模块用于在主控模块的控制下接收通信协议处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨星座相控阵通信导航融合应用终端，其特征在于：包括依次电连接的阵列天线单元(1)、放大器单元(2)、射频信道单元(3)、基带处理单元(4)、接口单元(5)和与所述放大器单元(2)、所述射频信道单元(3)、所述基带处理单元(4)、所述接口单元(5)均电连接的电源单元(6)，所述基带处理单元(4)用于将GNSS导航信号、融合应用终端位置信息、融合应用终端姿态信息、波束指向的俯仰角、波束指向的方位角、天线阵元相对位置和波束形成的相位零值计算得到所述阵列天线单元(1)的移相值进行导航增强；所述阵列天线单元(1)包括GNSS天线(11)和阵列排布的通信天线(12)，所述GNSS天线(11)用于接收GNSS导航信号，所述通信天线(12)用于接收和发射低轨卫星的通信信号；所述放大器单元(2)包括与所述GNSS天线(11)电连接的GNSS放大单元(21)和与所述通信天线(12)电连接的通信信号放大单元(22)，所述GNSS放大单元(21)用于将所述GNSS导航信号进行放大、滤波，所述通信信号放大单元(22)用于将所述通信信号进行放大、滤波；所述射频信道单元(3)包括与所述GNSS放大单元(21)电连接的GNSS接收信道(31)和与所述通信信号放大单元(22)均电连接的通信接收信道(32)、通信发射信道(33)，所述GNSS接收信道(31)用于将所述GNSS导航信号进行下变频、滤波和放大后得到GNSS导航模拟中频信号，所述通信信号放大单元(22)用于将所述通信信号进行下变频、滤波和放大后得到通信模拟中频信号，所述通信发射信道(33)用于接收所述基带处理单元(4)输出的数字中频信号进行上变频和滤波后输出至所述通信信号放大单元(22)；所述基带处理单元(4)包括依次电连接的导航信号处理模块(41)、组合测姿模块(42)、主控模块(43)，与所述主控模块(43)均电连接的通信信号处理模块(44)、通信协议处理模块(45)、存储模块(46)和与所述组合测姿模块(42)电连接的惯导模块(47)；所述通信信号处理模块(44)和所述组合测姿模块(42)、所述通信协议处理模块(45)均电连接，所述导航信号处理模块(41)与所述GNSS接收信道(31)的输出端电连接，所述通信信号处理模块(44)与所述通信接收信道(32)、所述通信发射信道(33)均电连接，所述通信协议处理模块(45)与所述接口单元(5)电连接；所述导航信号处理模块(41)用于接收所述GNSS导航模拟中频信号进行GNSS卫星信号的捕获、跟踪、解调、原始观测量提取并向所述组合测姿模块(42)和所述主控模块(43)输出导航电文、GNSS卫星信号原始观测量、工作状态；所述惯导模块(47)用于向所述组合测姿模块(42)输出融合应用终端的加速度测量值和角速度测量值；所述组合测姿模块(42)用于接收所述GNSS卫星信号原始观测量、所述加速度测量值和所述角速度测量值并持续计算所述融合应用终端的位置信息、姿态信息输出至所述主控模块(43)；所述通信信号处理模块(44)用于在所述主控模块(43)的控制下接收所述位置信息、所述姿态信息和所述通信模拟中频信号计算得到低轨卫星的波束指向俯仰角波束指向方位角θ并得到移相值φ
p
，所述通信信号处理模块(44)用于进行所述通信模拟中频信号的捕获、跟踪、译码并提取低轨卫星原始观测量形成通信电文并将所述低轨卫星原始观测量、所述通信电文输出至所述通信协议处理模块(45)，所述通信信号处理模块(44)用于将所述低轨卫星原始观测量发送至所述组合测姿模块(42)进行导航增强；所述通信协议处理模块(45)用于在所述主控模块(43)的控制下接收所述通信信号处理模块(44)输出的所述通信电文、所述原始观测量按照通信协议解析后发送给接口单元(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋林，朱懋华，季海福，李绍华，张婉婷，
申请(专利权)人：航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
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