[發明專利]浮空器平臺的GNSS掩星信號連續接收方法及接收天線系統

有效

• 申請號: 202010174005.1
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111427072B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 陳夏蘭;袁超;田向偉;劉文學;羅瑞丹;葛建;王曉明;徐穎;袁洪;何智力;王子軒;劉楊斌;馮冀寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院;北京萬象天宇科技有限公司
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微

本發明公開了一種浮空器平臺的GNSS掩星信號連續接收方法及接收天線系統，可以實現GNSS掩星信號的連續接收；基于浮空器平臺的臨空GNSS掩星探測具有駐空時間長、單次掩星事件時間長、相比地基觀測無多徑效應等優勢，然而，浮空器平臺具有姿態不確定性，針對單次掩星事件，其方位角是固定的，單天線無法實現掩星信號的連續接收，從而導致掩星觀測數據的不可用；本發明通過多天線的有效組合，可實現掩星信號的連續接收；此外，掩星信號由于受地球曲率的遮擋，割點高度越低的信號，信號強度越低，導致接收機無法連續跟蹤信號，本發明中OCCU天線陣元多陣子的布局結構，可實現掩星方向10dB天線增益，可有效接收載噪比較弱的掩星信號。

技術領域

本發明屬于衛星導航技術領域，具體涉及一種基于浮空器平臺的GNSS掩星信號連續接收方法及接收天線系統。

背景技術

低大氣層具有大氣折射分布不均勻特性，對無線電信號傳播將產生折射和散射效應，當GNSS無線電信號穿過低層大氣時，由于折射率梯度的存在，電波信號會發生彎曲，從而使得接收機可以觀測到地平線以下的信號，這種現象稱為GNSS掩星事件。GNSS接收機利用這種彎曲信息，可以反演大氣折射率，并可以進一步反演對應的大氣物理參量包括密度、溫度、水汽以及電離層電子密度等，這就是無線電掩星探測技術。GNSS掩星探測技術具有全球覆蓋、全天候、高精度等天然優勢，已發展成一種重要的大氣探測手段。

目前主流的掩星探測技術是基于LEO衛星的，其運動速度非常快，約為幾千米每秒，其對應的掩星事件持續時間為1分鐘左右。臨近空間通常是指地面20Km-100Km的空域，相比于星基的高動態，基于臨近空間的浮空器平臺的運動速度為僅為幾米每秒的量級，其對應的掩星事件持續時間可達幾分鐘甚至十幾分鐘。因此，相比于星基，臨基的掩星探測技術時間更長，其大氣反演精度將會更高。

但是，GNSS掩星信號反演要求連續跟蹤信號，而臨近空間浮空器平臺的載荷倉是懸吊于空中的，其載荷會隨風進行擺動或轉動，即其姿態會隨機變化(航向角擺動尤為突出)，從而導致掩星信號接收的不連續。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種浮空器平臺的GNSS掩星信號連續接收方法及接收天線系統，可以實現GNSS掩星信號的連續接收。

一種GNSS掩星信號連續接收方法，包括：

1)、在浮空器平臺上設置至少2個POD天線和4個OCCU天線；POD天線用于接收天頂方向GNSS信號；所述OCCU天線的數量滿足：所有天線主波束寬度疊加后可覆蓋360°方位角上的掩星信號；

2)、浮空器平臺上的GNSS掩星信號接收裝置通過POD天線接收天頂方向GNSS掩星信號，實時進行PVT解算，獲取浮空器平臺載荷倉的位置信息；同時，通過解算衛星星歷和歷書，利用載荷倉的位置信息，計算GNSS掩星信號相對于接收裝置的方位角和仰角信息；

3)、在掩星時刻發生時，根據獲取的掩星方位角信息，判斷哪個OCCU天線的主波束正對GNSS掩星信號來向方向，此時采用該OCCU天線的信號進行掩星信號跟蹤；

4)、GNSS掩星信號接收裝置根據兩個POD接收天線的信息，獲取載荷倉航向角變化矢量，再根據OCCU天線的實際布局，判斷航向角變化對應的OCCU天線切換方向，即確定GNSS掩星信號的方向由當前OCCU天線切換到哪一個OCCU天線的主波束寬度內；

5)、將當前OCCU天線對應的通道跟蹤數據軟切換至下一個OCCU天線，待下一個OCCU天線正對掩星信號來向方向時，實現該OCCU天線通道對掩星信號的連續跟蹤。

一種GNSS掩星信號連續接收的天線接收系統，包括布置在浮空器平臺上的至少2個POD天線、至少4個OCCU天線以及GNSS掩星信號接收裝置；所述POD天線用于接收天頂方向GNSS信號；OCCU天線的數量需滿足：所有天線主波束寬度疊加后可覆蓋360°方位角上的掩星信號；