專利名稱：一種監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域，特別涉及一種監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星向地面?zhèn)魉碗姴ㄐ盘枙r，電離層中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)會引起衛(wèi)星電波信號強(qiáng)度 的起伏，這種現(xiàn)象被稱為閃爍。電離層閃爍會對天基衛(wèi)星通信和導(dǎo)航系統(tǒng)的性能產(chǎn) 生嚴(yán)重的影響，甚至導(dǎo)致相關(guān)系統(tǒng)的失效。電離層閃爍引起的導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)周跳 或載波相位失鎖，對于高精度導(dǎo)航定位實時差分、星基導(dǎo)航、高精度定向等系統(tǒng)會 產(chǎn)生災(zāi)害性影響。
在磁赤道附近的低緯區(qū)域，由等離子體氣泡形成的電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)能造成微 波帶信號幅度10dB以上的浮動。在中緯區(qū)域，雖然沒有低緯區(qū)嚴(yán)重，不規(guī)則結(jié)構(gòu) 也常常使得通訊、數(shù)據(jù)衛(wèi)星的圖像劣化，電離層閃爍引起的周跳也很頻繁；地磁暴 發(fā)生時，強(qiáng)閃爍亦在中緯地區(qū)發(fā)生導(dǎo)致電波傳播嚴(yán)重障礙。許多國家，包括中國的 大半疆土都位于磁緯低中區(qū)，要保證高精度定位定向系統(tǒng)的可靠性，要保證衛(wèi)星通 信的質(zhì)量，閃爍是一個不可回避的問題。閃爍導(dǎo)致衛(wèi)星電波信號的捕捉困難，這對 于衛(wèi)星通信與衛(wèi)星導(dǎo)航定位是重大的危害。
現(xiàn)有技術(shù)中， 一般采用變頻或超外差式接收機(jī)觀測電離層閃爍現(xiàn)象，這些接收 機(jī)主要由天線、射頻、中頻和基帶等幾部分組成，它在穩(wěn)定觀測信號強(qiáng)度方面存在 以下缺陷
(a)、天線方面，傳統(tǒng)接收機(jī)使用全向天線，在120度的方向角內(nèi)，天線的增益 最大值與最小值之間相差3dB，當(dāng)GPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)動到120度以外時，天線也可能會接 收到信號。由于全向天線的接收方向可以各有不同，而天線接收方向帶來的變化會 產(chǎn)生接收信號幅度的變化，信號幅度變化所帶來的誤差不易消除和修正。此外，建 筑物的反射引起的多路效應(yīng)、樹木的遮擋衰減等對接收信號的幅度和相位也會產(chǎn)生 非常大的影響。
(b) 、傳統(tǒng)接收機(jī)的中頻的自動增益控制對直接信號強(qiáng)度自動產(chǎn)生調(diào)節(jié)，使信號 到基帶輸入端的電平基本保持不變，而此時噪聲隨信號一起被放大或減小。由于接 收機(jī)原本可以計算出信噪比來預(yù)測空間信號衰減的情況，可是中頻的自動增益控制
大小對接收機(jī)噪聲產(chǎn)生影響，因此引入了信噪比隨自動增益控制而產(chǎn)生的誤差。
(c) 、傳統(tǒng)接收機(jī)的基帶對信號進(jìn)行解擴(kuò)，也會產(chǎn)生誤差。
此外，現(xiàn)有的接收機(jī)通常還存在以下缺點
1、 接收機(jī)具有相關(guān)增益的變動等硬件誤差，這使得對衛(wèi)星星座、強(qiáng)閃爍等引起 的衛(wèi)星電波信號的捕捉困難，甚至?xí)沟媒邮招盘柕闹袛?。例如，利用一般的GPS 接收機(jī)觀測電離層閃爍，GPS衛(wèi)星的CDMA擴(kuò)頻信號碼(PRN)的強(qiáng)度極弱，淹 沒在噪聲中，無法對射頻載波進(jìn)行觀測。
2、 無法對衛(wèi)星的人為干擾進(jìn)行預(yù)警。人為干擾是破壞導(dǎo)航定位衛(wèi)星的常用手段， 對人為干擾進(jìn)行預(yù)警具有很大的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的衛(wèi)星信號接收機(jī)不能在電離層強(qiáng)閃爍的情況下接受 衛(wèi)星信號，而在能接受衛(wèi)星信號時，又存在較大誤差的缺陷。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，包括天線 1、低噪聲放大器2、電纜3，還包括頻譜儀5;其中，所述的天線l與所述的低噪 聲放大器2電連接，所述的低噪聲放大器2通過電纜3連接到頻譜儀5上。
上述技術(shù)方案中，所述的天線1為拋物面天線。
上述技術(shù)方案中，還包括帶通濾波器4、信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6、天線伺服 系統(tǒng)7和中繼放大器8;其中，所述的天線1分別與所述的天線伺服系統(tǒng)7和所述 的低噪聲放大器2電連接，所述的低噪聲放大器2通過所述的電纜3與所述的中繼 放大器8電連接，所述的中繼放大器8則通過所述的電纜3電連接到所述的帶通濾 波器4上，所述的帶通濾波器4與所述頻譜儀5電連接，所述頻譜儀5電連接到所 述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6上，所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6還與所述的 天線伺服系統(tǒng)7電連接。
所述的天線1為拋物面天線。
所述的天線伺服系統(tǒng)7是一種用于調(diào)節(jié)所述天線1的轉(zhuǎn)動方向的機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置， 它安裝在所述的天線1上。 所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6記錄信號的強(qiáng)度，并根據(jù)衛(wèi)星的軌道信息向 所述的天線伺服系統(tǒng)7發(fā)送指令。 本發(fā)明的優(yōu)點在于
1、 本發(fā)明采用拋物面天線，避免了全向天線接收信號時，信號幅度、相位變化 所帶來的誤差。
2、 本發(fā)明不采用中頻的自動增益控制，避免了由此帶來的誤差。
3、 本發(fā)明沒有使用基帶處理，不存在基帶對信號進(jìn)行解擴(kuò)而產(chǎn)生的誤差。
4、 本發(fā)明在對電離層閃爍進(jìn)行監(jiān)測的同時也可以進(jìn)行抗干擾預(yù)警，結(jié)合閃爍測 量分析及噪聲特性，可以辨別人為干擾或自然電離層物理事件，為采取抗干擾措施 提供一種可靠手段和依據(jù)。
5、 本發(fā)明不但可對電離層的弱閃爍進(jìn)行監(jiān)測，而且對于電離層的強(qiáng)閃爍也能進(jìn) 行監(jiān)測。
6、 本發(fā)明不僅適用于繞地球軌道衛(wèi)星信號的接收，也適用于地球靜止軌道衛(wèi)星 信號的接收。


圖1為本發(fā)明的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)的另一個實施例的結(jié)構(gòu)圖3為現(xiàn)有的GPS導(dǎo)航定位衛(wèi)星接收機(jī)與本發(fā)明的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系
統(tǒng)的信號與噪聲電平的比較圖。
圖面說明
1拋物面天線 2低噪聲放大器 3電纜 4帶通濾波器 5頻譜儀 6信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置 7天線伺服系統(tǒng)
8 中繼放大器
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的裝置進(jìn)行說明。 圖1是本發(fā)明的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)的一個實施例，在該實施例中， 本發(fā)明的系統(tǒng)由拋物面天線l、低噪聲放大器2、電纜3和頻譜儀5組成。
所述的拋物面天線1用于接收衛(wèi)星的信號，與傳統(tǒng)接收機(jī)所使用的全向天線相
比，所述的拋物面天線l的增益可以高達(dá)幾十分貝，它的天線方向角極小，例如可 以做到小于1度，避免了全向天線由于天線接收方向的變化而產(chǎn)生的接收信號幅度 的變化。
所述的低噪聲放大器2用于補償信號在電纜中作長距離傳輸時的損耗。由于室 外拋物面天線1的設(shè)置點到信號觀測處理終端儀表的距離通常很長，因此需要在裝 置中添加所述的低噪聲放大器2，以補償信號在傳輸過程中的損耗。
所述的電纜3用于傳送信號。
所述的頻譜儀5用于觀測衛(wèi)星的載波信號。
拋物面天線1與低噪聲放大器2電連接，低噪聲放大器2通過電纜3連接到頻 譜儀5上。拋物面天線1從衛(wèi)星接收到信號后，經(jīng)過低噪聲放大器2放大，然后由 電纜3傳送到頻譜儀5中，在頻譜儀5上顯示衛(wèi)星的載波信號。
圖2是本發(fā)明的另一個實施例，在該實施例中，本發(fā)明的裝置由拋物面天線1、 低噪聲放大器2、電纜3、帶通濾波器4、頻譜儀5、信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6、 天線伺服系統(tǒng)7以及中繼放大器8組成。拋物面天線1分別與天線伺服系統(tǒng)7和低 噪聲放大器2連接，所述的低噪聲放大器2通過電纜3與中繼放大器8連接，所述 的中繼放大器8則通過電纜3連接到帶通濾波器4上，帶通濾波器4與頻譜儀5電 連接，頻譜儀5電連接到信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6上，信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置 6還與天線伺服系統(tǒng)7電連接。
所述的低噪聲放大器2用于補償信號在電纜中作長距離傳輸時的損耗。
所述的電纜3用于傳送從衛(wèi)星接收到的信號。
所述的頻譜儀5用于觀測衛(wèi)星的信號。
所述的帶通濾波器4用于減小外界各種頻段信號雜波的干擾，在本實施例中可 以采用GPS衛(wèi)星Ll頻段1575MHz土15MHz的帶通濾波器。
所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6用于記錄衛(wèi)星載波信號的強(qiáng)度，此外，工作 人員可以通過信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6向天線伺服系統(tǒng)7發(fā)送指令，控制天線伺 服系統(tǒng)7的轉(zhuǎn)動。所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6可由安裝有相應(yīng)軟件的計算機(jī) 實現(xiàn)。在本發(fā)明中，所述的信號跟蹤就是對衛(wèi)星的跟蹤，對于非靜止衛(wèi)星，它們都 有特定的軌道，遵循力學(xué)里相應(yīng)的定律，通過衛(wèi)星監(jiān)控部門得到軌道信息后，將軌 道信息輸入所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)采集裝置6中，信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6根據(jù) 軌道信息對天線伺服系統(tǒng)7發(fā)出控制指令，以實現(xiàn)對衛(wèi)星的跟蹤。對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的采集也可通過一塊板卡實現(xiàn)。
所述的天線伺服系統(tǒng)7用于控制拋物面天線1的轉(zhuǎn)動，所述的天線伺服系統(tǒng)7 實際上是一種機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置，所述的拋物面天線1安裝在天線-伺服系統(tǒng)7上，隨著 天線伺服系統(tǒng)7的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。天線伺服系統(tǒng)7從信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6接收 到控制指令后，改變天線l的仰角、方位角以達(dá)到跟蹤衛(wèi)星的目的。
所述的中繼放大器8與所述的低噪聲放大器2的作用相類似，用于補償信號在 電纜中作長距離傳輸時損耗。
在工作時，拋物面天線l接收衛(wèi)星發(fā)出的信號，然后將信號發(fā)送到低噪聲放大 器2和中繼放大器8中進(jìn)行放大，放大后的信號通過電纜3傳送到帶通濾波器4中， 濾除信號中所夾雜的外界雜波，信號經(jīng)濾波操作后傳送到頻譜儀5中，頻譜儀5顯 示信號的波形，濾波后的信號還被傳送到信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置6中，該裝置可 將信號的強(qiáng)度等數(shù)據(jù)記錄下來。通過所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)采集裝置6，還可控制 天線伺服系統(tǒng)7，利用天線伺服系統(tǒng)7調(diào)節(jié)拋物面天線1的天線接收方向。
如圖3所示，在圖3中的左半部分Sl顯示了現(xiàn)有的GPS導(dǎo)航定位衛(wèi)星接收機(jī) 接收信號的情況。該接收機(jī)采用全向天線接收衛(wèi)星信號時，所接收的信號電平值L1 在-220dBW/Hz以下，而熱噪聲電平L2在-204dBW/Hz之下，噪聲電平高于衛(wèi)星信 號的電平，因此在該接收機(jī)中，無法用頻譜儀直接對信號進(jìn)行觀測。
在本發(fā)明的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)中，可使用頻譜儀直接對衛(wèi)星的信號 進(jìn)行跟蹤、觀測和分析。在一個監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)的實施例中，選用一 部37dB的拋物面天線，考慮到電纜線和濾波器對信號的衰減，在系統(tǒng)中連接一個 40dB以上的低噪聲放大器(LNA)和中繼放大器，用于放大衛(wèi)星信號，放大后的信 號的電平值為L4。由于低噪聲放大器在放大信號的同時也會放大噪聲，因此放大后 的噪聲基底值為L3。放大后的衛(wèi)星信號的電平值L4高于噪聲基底值L3約21dB, 且高于頻譜儀的噪底值門限值L6，因此可以用頻譜儀直接觀測到最大高出噪聲基底 值L3約21dB的衛(wèi)星信號。
在正常情況下，電離層對信號的影響例如幅度的影響變動很小，而且有規(guī)律。 在發(fā)生電離層閃爍時，電離層使衛(wèi)星信號的強(qiáng)度上下變動劇烈。電離層發(fā)生強(qiáng)閃爍 時，衛(wèi)星信號的強(qiáng)度有時超過了傳統(tǒng)接收機(jī)門限，此時接收機(jī)會發(fā)生失鎖，不能觀 察信號，不能利用信號來研究電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制。而本發(fā)明的裝置，不 會發(fā)生傳統(tǒng)接收機(jī)失鎖現(xiàn)象，可以實時接收和記錄載波信號的變動情況，記錄下衛(wèi)
星信號的強(qiáng)度上下變動劇烈的變化情況，進(jìn)而對發(fā)生的電離層閃爍事件進(jìn)行分析。 此外，衛(wèi)星在運行過程中，容易受到人為干擾。對衛(wèi)星進(jìn)行干擾的最有效手段是對 地面對衛(wèi)星的上行線路進(jìn)行干擾，尤其在載波頻段上使用高于載波信號10dB以上 的信號進(jìn)行壓制干擾，使整個衛(wèi)星系統(tǒng)陷于癱瘓。利用本發(fā)明的系統(tǒng)可實現(xiàn)對人為 干擾的預(yù)警。由于在載波干擾時，載波信號會異常地保持高電平，這與強(qiáng)閃爍時信 號向幅度減小方向的擺動現(xiàn)象明顯不同，在頻譜儀上可直觀地觀察出。技術(shù)人員可 據(jù)此進(jìn)一步采取抗干擾的對抗性措施。
權(quán)利要求
1、一種監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，包括一用于接收衛(wèi)星信號的天線(1)、低噪聲放大器(2)和電纜(3)；其特征在于，還包括頻譜儀(5)；其中，所述的天線(1)與所述的低噪聲放大器(2)電連接，所述的低噪聲放大器(2)通過電纜(3)連接到頻譜儀(5)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，其特征在于，所述的 天線(1)為拋物面天線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，其特征在于，還包括 帶通濾波器(4)、信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置(6)、天線伺服系統(tǒng)(7)和中繼放大器(8);其中，所述的天線(1)分別與所述的天線伺服系統(tǒng)(7)和所述的低噪聲放 大器(2)電連接，所述的低噪聲放大器(2)通過所述的電纜(3)與所述的中繼放 大器(8)電連接，所述的中繼放大器(8)則通過所述的電纜(3)電連接到所述的 帶通濾波器(4)上，所述的帶通濾波器(4)與所述頻譜儀(5)電連接，所述頻譜 儀(5)電連接到所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置(6)上，所述的信號跟蹤與數(shù)據(jù) 收集裝置(6)還與所述的天線伺服系統(tǒng)(7)電連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，其特征在于，所述的 天線(1)為拋物面天線。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，其特征在于，所述的 天線伺服系統(tǒng)(7)是一種用于調(diào)節(jié)所述天線(1)的轉(zhuǎn)動方向的機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置，它 安裝在所述的天線(1)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，其特征在于，所述的 信號跟蹤與數(shù)據(jù)收集裝置(6)記錄信號的強(qiáng)度，并根據(jù)衛(wèi)星的軌道信息向所述的天 線伺服系統(tǒng)(7)發(fā)送指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種監(jiān)測電離層閃爍與干擾的系統(tǒng)，包括天線、低噪聲放大器、電纜，還包括頻譜儀；其中，所述的天線與所述的低噪聲放大器電連接，所述的低噪聲放大器通過電纜連接到頻譜儀上。本發(fā)明的優(yōu)點在于在對電離層閃爍進(jìn)行監(jiān)測的同時也可以進(jìn)行抗干擾預(yù)警；不但可對電離層的弱閃爍進(jìn)行監(jiān)測，而且對于電離層的強(qiáng)閃爍也能進(jìn)行監(jiān)測；不僅適用于繞地球軌道衛(wèi)星信號的接收，也適用于地球靜止軌道衛(wèi)星信號的接收。
文檔編號H04B7/185GK101098183SQ20061008953
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者韓建偉, 馬冠一, 龔建村 申請人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心