[發明專利]一種低軌星座相控陣通信導航融合應用終端

有效

• 申請號: 202111598605.1
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114513243B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 蔣林;朱懋華;季海福;李紹華;張婉婷
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;G01S19/42
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 張婧

本發明提供一種低軌星座相控陣通信導航融合應用終端，集成了天線、放大器、射頻信道、基帶處理、電源，通過接收處理GNSS導航信號、融合測量的終端三維加速度和三維角速度信息，實時解算終端位置與姿態信息，并為數字相控陣處理提供通信衛星的俯仰角和方位角信息，采用數字相控陣波束合成技術接收多顆低軌衛星通信信息，采用數字相控陣加權調制技術向低軌衛星發送通信信息，完成低軌衛星雙向通信功能。本發明在較小體積內實現了各模塊的一體化設計，完成了基于衛星導航和慣性組合的姿態測量，為波束指向提供了精確基準，完成了低軌通信射頻信號的收發數字波束處理，實現了同時支持兩個低軌衛星通信接入功能。

技術領域

本發明涉及電學技術領域，具體涉及一種低軌星座相控陣通信導航融合應用終端。

背景技術

低軌衛星由于距離地面近、信號質量優，且具備更小時延，常用作通信衛星。低軌衛星星座能夠在全球范圍內對導航星座提供信息增強和信號增強，能夠為用戶提供實時高精度定位服務，提升通信和遙感服務的效能。低軌星座以其通信和導航功能兼備的獨特優勢，逐步受到學術界和產業界的關注和青睞。

美國銥星系統與GPS系統共同研發推出新型衛星授時與定位服務(STL)，已成為GPS系統的備份或補充，既可以獨立的導航、定位，也能對GPS系統進行信號增強。在通信業務以外，銥星星座提供STL服務，可實現室內和峽谷地區的定位導航授時。STL服務性能為：定位精度30～50米、授時精度約為200ns，原信號落地功率比GPS?L1C/A碼信號強300～2400倍(24.8～33.8dB)，室內可用性大幅提升，增強了復雜地形環境和復雜電磁環境下的導航可用性和安全性。

歐洲Galileo系統技術團隊也在積極推進開普勒系統研究，通過4-6顆低軌衛星構成的低軌星座，通過星間鏈路對中高軌衛星進行監測和高精度測量，以大幅提高Galileo星座的定軌精度。系統通過LEO衛星星座對無電離層、對流層擾動的導航信號進行觀測，可提升MEO系統的完好性和精度。

國內在低軌導航星座設計以及試驗星發射方面發展更為迅速，已有多個低軌試驗星獲取了下行導航信號，探索基于低軌衛星導航增強的應用模式。“鴻雁”、“虹云”、“天地一體化信息網絡”等通信星座均考慮了低軌衛星增強的需求，微厘空間、箭旅鏡像主打低軌高精度增強?！傍櫻阈亲囼炐恰?、“珞珈一號”、“微厘空間”、“網通一號”等低軌試驗衛星的在軌技術試驗，為低軌衛星導航信號增強技術、精度增強等技術積累了試驗數據。

在低軌衛星應用終端中采用相控陣天線，主要考慮移動衛星通信中的發射多波束切換管理、避免干擾其他衛星以及多星信號靈活接收。對于低軌衛星通信，衛星在軌道上不停地快速運動，地面天線要保持跟蹤天空中“飛行”的衛星，并能很快地從跟蹤一顆衛星切換到另一顆，如果使用傳統機械式天線，除非是雙天線，否則無法在不造成通信中斷的情況下連續跟蹤衛星。相控陣等電掃描平板天線的應用將大大改善上述情況，由于沒有機械部件，低輪廓、高可靠性，甚至一副天線可以支持多星同時工作，非常有利于低軌衛星通信。

未來相控陣天線將會越來越多地采用數字相控陣技術。為提高星座衛星通信系統的單星覆蓋范圍，要求大范圍波束覆蓋(±60°左右)；為滿足用戶隨時隨地使用需求，要求衛星可調整波束的大小、指向、功率以及波束間帶寬等，從而靈活地實現動態分配衛星容量；面對日益擁擠的衛星星座和頻率使用環境，要求衛星通信系統具備保護戰術波形能力；為滿足靈活終端應用，要求任意極化方式、通信波形可配置、波束靈活調整和快速跟蹤。數字相控陣技術能夠實現衛星功率動態分配、波束動態重構、敏捷調整，具備自適應抗干擾能力，同時避免干擾其他衛星。

發明內容