申请/专利权人：中国气象局气象探测中心;天津讯联科技有限公司

申请日：2018-09-30

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109143288B

主分类号：G01S19/37

分类号：G01S19/37

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.01.29#实质审查的生效;2019.01.04#公开

摘要：本发明实施例公开了一种应用于掩星探测系统的射频处理装置及方法。射频处理装置包括：放大电路、功分电路和选频滤波器和射频芯片；功分电路分别与放大电路和选频滤波器连接，选频滤波器与射频芯片连接；功分电路，用于对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器；选频滤波器，用于对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片；射频芯片，用于根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。本实施例扩大了信号频率范围；通过同时处理多个频点。

主权项：1.一种应用于掩星探测系统的射频处理装置，其特征在于，包括：放大电路、功分电路和选频滤波器和射频芯片；所述功分电路分别与所述放大电路和选频滤波器连接，所述选频滤波器与射频芯片连接；所述功分电路，用于对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器；所述选频滤波器，用于对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片；所述射频芯片，用于根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号；所述功分电路包括一分四功分器；所述一分四功分器分别与选频滤波器中的第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器连接；所述射频芯片包括GPS专用射频芯片和BD专用射频芯片，GPS专用射频芯片和BD专用射频芯片均包括双通道射频电路；所述第一滤波器和第二滤波器与GPS专用射频芯片连接，所述第三滤波器和第四滤波器与BD专用射频芯片连接；所述放大电路包括低噪声放大器，工作频率范围为0.500GHz~2.2GHz；所述放大电路还包括：与低噪声放大器的前端连接的滤波电路；其中，低噪声放大器为多级低噪声放大器；所述第一滤波器选取全球定位系统GPS卫星信号1575.42±10.23MHz频点；所述第二滤波器选取GPS卫星信号1227.6±10.23MHz频点；所述第三滤波器选取北斗BD1561.098±2.046MHz频点；所述第四滤波器选取BD1207.14±10.23MHz频点。

全文数据：应用于掩星探测系统的射频处理装置及方法技术领域本发明实施例涉及空间探测技术，尤其涉及一种应用于掩星探测系统的射频处理装置及方法。背景技术随着全球导航卫星系统GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS的日臻完善，GNSS遥感技术应运而生，并得到了长足的发展。GNSS遥感技术是利用无线电波在地球大气中传播，反射后的信号幅度、相位等物理量的变化，来反演地球大气等气象要素。在GNSS掩星事件过程中，穿过地球大气剖面的GNSS导航信号由于受到大气层水汽密度、电子密度等影响而发生传播特性的变化，通过对GNSS掩星观测数据的幅度与相位延迟信息进行处理，可以反演得到0km～60km高度的中性大气温湿压廓线以及90km～卫星高度的电离层电子密度廓线。运用GNSS掩星探测技术可实现地球大气层探测，具有高精度、高垂直分辨率、长期稳定、全球覆盖、全天候探测等优势，其探测资料对数值天气预报、气候与全球变化研究、临近空间环境监测与研究等具有重要的科学意义。自1995年美国的GPSMET掩星计划成功实施以来，多个国家竞相发展自己的掩星计划，目前已实施的掩星计划有20多个，如COSMIC、CHAMP、MetOp-A等。掩星探测系统一般包括天线、射频处理装置和掩星处理装置，射频处理装置用于对天线接收到的GNSS信号进行中频处理，并将得到的中频信号输入至掩星处理装置以得到探测结果。随着GNSS技术的发展，GNSS信号的频率范围越来越广、对GNSS信号的处理精度要求越来越高，现有的射频处理装置能够处理的信号频率范围有限，处理精度较低。发明内容本发明实施例提供一种应用于掩星探测系统的射频处理装置及方法，以扩大信号频率范围，提高数据处理精度。第一方面，本发明实施例提供了一种应用于掩星探测系统的射频处理装置，包括：放大电路、功分电路和选频滤波器和射频芯片；所述功分电路分别与所述放大电路和选频滤波器连接，所述选频滤波器与射频芯片连接；所述功分电路，用于对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器；所述选频滤波器，用于对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片；所述射频芯片，用于根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。第二方面，本发明实施例还提供了一种射频处理方法，该方法包括：射频处理装置中的功分电路对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器；射频处理装置中的选频滤波器对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片；射频处理装置中的射频芯片根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。本发明实施例中，通过放大电路、功分电路和选频滤波器，对射频信号进行放大、功分、滤波，从而能够同时从放大电路放大后的射频信号中，选取多个频点；通过射频芯片的中频处理，能够同时处理多个频点，并得到多个频点对应的数字中频信号，从而扩大了信号频率范围；而且，通过同时处理多个频点，提高中频处理效率的同时，也提高了数据处理精度，降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。附图说明图1a是本发明实施例一提供的一种射频处理装置的结构示意图；图1b是本发明实施例一提供的另一种射频处理装置的结构示意图；图2是本发明实施例三提供的一种射频处理装置的结构示意图；图3是本发明实施例四提供的一种射频处理方法的流程图。其中，10、放大电路；101、第一放大电路；102、第二放大电路；103、第三放大电路；11、滤波电路；20、功分电路；201、第一功分电路；202、第二功分电路；203、第三功分电路；30、选频滤波器；301、第一滤波器；302、第二滤波器；303、第三滤波器；304、第四滤波器；40、射频芯片；401、GPS专用射频芯片；402、BD专用射频芯片；50、定位天线；60、前向掩星接收天线；70、后向掩星接收天线；80、连接器；90、掩星处理装置。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。实施例一图1a是本发明实施例一提供的一种射频处理装置的结构示意图，本实施例提供的射频处理装置可应用在掩星探测系统中，该掩星探测系统可以适用于浮空器。浮空器一般是指比重轻于空气的、依靠大气浮力升空的飞行器，包括但不限于系留气球和飞艇，其中，飞艇包括一般飞艇、平流层飞艇、近空间飞艇和空间飞艇等。优选地，浮空器一般为小型浮空器。结合图1a，射频处理装置包括放大电路10、功分电路20、选频滤波器30和射频芯片40。功分电路20分别与放大电路10和选频滤波器30连接，选频滤波器30与射频芯片40连接。可选地，放大电路10的数量为多个，多个放大电路10的输入端分别连接掩星探测系统中的天线，例如定位天线50和掩星接收天线，用于对定位天线50和掩星接收天线接收到的射频信号进行放大。可选地，放大电路10为多级放大电路，例如两级放大电路。在一种应用场景中，如图1b所示，定位天线50、前向掩星接收天线60、后向掩星接收天线70是单射频通道。射频处理装置共有3个，3个射频处理装置包括一个定位处理装置，用于处理定位天线50输出的GNSS卫星直达信号；前向射频处理装置处理前向掩星接收天线60输出的GNSS掩星信号，后向射频处理装置处理后向掩星接收天线70输出的GNSS掩星信号。可选地，前向射频处理装置和后向射频处理装置完全相同。定位处理装置中的第一放大电路101连接定位天线50，前向射频处理装置中的第二放大电路102连接前向掩星接收天线60，后向射频处理装置中的第三放大电路103连接后向掩星接收天线70。三个放大电路用于放大对应天线接收到的射频信号，亦即GNSS卫星直达信号或者GNSS掩星信号。可选地，放大电路10和天线之间还连接有连接器80，例如SMA连接器。放大电路10对接收到的射频信号进行放大后输入至功分电路20。功分电路20用于对放大电路10输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器30。本实施例中，功分电路20分出N路射频信号，N路射频信号分别输入至N个选频滤波器30。N个选频滤波器30的选频频点不同，N是自然数。基于此，能够同时从放大电路10放大后的射频信号中，选取多个频点。选频滤波器30，用于对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片40。接着上述应用场景，结合图1b，第一放大电路101与第一功分电路201连接，第二放大电路102与第二功分电路202连接，第三放大电路103与第三功分电路203连接。每个功分电路均连接有第一滤波器301、第二滤波器302、第三滤波器303和第四滤波器304。选频滤波器30均连接射频芯片40。射频芯片40，用于根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。可选地，射频芯片40集成混频器、中频低通滤波器、可变增益放大器、频率合成器以及模数转换器，用于将选频滤波器30输出的信号进行下变频及AD采样处理，得到数字中频信号。在掩星探测系统中，射频芯片40将数字中频信号输入至掩星处理装置90。值得说明的是，本实施例中放大电路10、功分电路20、选频滤波器30和射频芯片40的数量不进行限定。一般情况下，放大电路10与天线一一对应连接，功分电路20与放大电路10一一对应连接，选频滤波器30的数量与功分出的信号数量相同，射频芯片40的数量一般由功能需求决定，本实施例不进行限定。本实施例中，通过放大电路、功分电路和选频滤波器，对射频信号进行放大、功分、滤波，从而能够同时从放大电路放大后的射频信号中，选取多个频点；通过射频芯片的中频处理，能够同时处理多个频点，并得到多个频点对应的数字中频信号，从而扩大了信号频率范围；而且，通过同时处理多个频点，提高中频处理效率的同时，也提高了数据处理精度，降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。实施例二继续结合图1b，功分电路20包括一分四功分器；一分四功分器分别与选频滤波器30中的第一滤波器301、第二滤波器302、第三滤波器303和第四滤波器304连接。可选地，功分电路20的频率范围较广，为1215MHz～1900MHz；隔离度强：典型值23dB；插入损耗小：典型值0.7dB。优选地，第一滤波器301选取全球定位系统GlobalPositioningSystem,GPS卫星信号1575.42±10.23MHzL1频点；第二滤波器302选取GPS卫星信号1227.6±10.23MHzL2频点；第三滤波器303选取北斗BD1561.098±2.046MHzB1频点；第四滤波器304选取BD1207.14±10.23MHzB2频点。为了处理来自GPS和BD的射频信号，射频芯片40包括GPS专用射频芯片401和BD专用射频芯片402。可选地，GPS专用射频芯片401和BD专用射频芯片402均包括双通道射频电路。GPS专用射频芯片401的双通道射频电路包括L1通道射频电路和L2通道射频电路。BD专用射频芯片402的双通道射频电路包括B1通道射频电路和B2通道射频电路。第一滤波器301和第二滤波器302与GPS专用射频芯片401连接，第三滤波器303和第四滤波器304与BD专用射频芯片402连接。本实施例中，功分电路的频率范围较广，隔离度强且插入损耗小。通过4个选频滤波器可以同时处理GPSL1L2频点BDB1B2频点。射频处理装置兼容GPS和BDS导航系统，提高了探测能力。实施例三图2是本发明实施例三提供的一种射频处理装置的结构示意图。可选地，在放大电路10的输入端连接滤波电路11；可选地，放大电路为低噪声放大器，优选地，为多级低噪声放大器，例如两级低噪声放大器。结合图2和图1b，射频处理装置包括：滤波电路11、放大电路：低噪声放大器LowNoiseAmplifier，LNA10、功分电路：一分四功分器20、4个选频滤波器30和2个射频芯片40。其中，4个选频滤波器分别为上述实施例中的第一滤波器301、第二滤波器302、第三滤波器303和第四滤波器304，分别选取GPSL1、L2和BDB1、B2频点。可选地，BDB1、B2频点包括北斗2代BD2B1、B2频点。2个射频芯片40分别为上述实施例中的GPS专用射频芯片401和BD专用射频芯片402。由于选用的LNA属于宽带器件，工作频率范围为0.500GHz～2.2GHz，即在工作频率范围内均有放大能力，为确保LNA在BD或者GPS信号带内正常工作，不因干扰信号而发生饱和，在LNA的前端选用滤波电路11实现带外干扰抑制。优选地，为了使掩星探测系统适用更多的浮空器，接收到更多的掩星事件，射频处理装置设置在的板卡尺寸较小，例如为10厘米×10厘米。可选地，低噪声放大器完成对GPSL1、L2，BD2B1、B2信号的低噪声放大功能，其指标满足前置放大器对信号增益、噪声系数、功耗等技术指标的要求。可选地，GPS专用射频芯片和BD专用射频芯片采用XN117-2。实施例四图3是本发明实施例四提供的一种射频处理方法的流程图，本实施例可适用于对射频信号进行中频处理的情况，该方法可以由上述任一实施例提供的射频处理装置来执行，射频处理装置可以应用于掩星探测系统中，具体包括如下步骤：S110、射频处理装置中的功分电路对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器。S120、射频处理装置中的选频滤波器对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片。S130、射频处理装置中的射频芯片根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。本实施例中，通过放大电路、功分电路和选频滤波器，对射频信号进行放大、功分、滤波，从而能够同时从放大电路放大后的射频信号中，选取多个频点；通过射频芯片的中频处理，能够同时处理多个频点，并得到多个频点对应的数字中频信号，从而扩大了信号频率范围；而且，通过同时处理多个频点，提高中频处理效率的同时，也提高了数据处理精度，降低系统误差和与信号传播有关的误差，以适应定位及掩星探测的工作要求。可选地，功分电路20的频率范围为1215MHz～1900MHz。可选地，功分电路20包括一分四功分器；一分四功分器分别与选频滤波器30中的第一滤波器301、第二滤波器302、第三滤波器303和第四滤波器连接304。可选地，第一滤波器301选取全球定位系统GPS卫星信号1575.42±10.23MHz频点；第二滤波器302选取GPS卫星信号1227.6±10.23MHz频点；第三滤波器303选取北斗BD1561.098±2.046MHz频点；第四滤波器304选取BD1207.14±10.23MHz频点。可选地，射频芯片40包括GPS专用射频芯片401和BD专用射频芯片402，GPS专用射频芯片401和BD专用射频芯片402均包括双通道射频电路；第一滤波器301和第二滤波器302与GPS专用射频芯401片连接，第三滤波器303和第四滤波器304与BD专用射频芯片402连接。可选地，射频芯片40集成混频器、中频低通滤波器、可变增益放大器、频率合成器以及模数转换器。可选地，放大电路10包括低噪声放大器，工作频率范围为0.500GHz～2.2GHz。可选地，放大电路10还包括：与低噪声放大器的前端连接的滤波电路11。可选地，多个放大电路10的输入端分别连接定位天线50和掩星接收天线，多个放大电路10对定位天线50和掩星接收天线接收到的射频信号进行放大。本发明实施例提供的方法与装置具有对应的技术特征以及技术效果。注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

权利要求：1.一种应用于掩星探测系统的射频处理装置，其特征在于，包括：放大电路、功分电路和选频滤波器和射频芯片；所述功分电路分别与所述放大电路和选频滤波器连接，所述选频滤波器与射频芯片连接；所述功分电路，用于对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器；所述选频滤波器，用于对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片；所述射频芯片，用于根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功分电路的频率范围为1215MHz～1900MHz。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述功分电路包括一分四功分器；所述一分四功分器分别与选频滤波器中的第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器和第四滤波器连接。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一滤波器选取全球定位系统GPS卫星信号1575.42±10.23MHz频点；所述第二滤波器选取GPS卫星信号1227.6±10.23MHz频点；所述第三滤波器选取北斗BD1561.098±2.046MHz频点；所述第四滤波器选取BD1207.14±10.23MHz频点。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述射频芯片包括GPS专用射频芯片和BD专用射频芯片，GPS专用射频芯片和BD专用射频芯片均包括双通道射频电路；所述第一滤波器和第二滤波器与GPS专用射频芯片连接，所述第三滤波器和第四滤波器与BD专用射频芯片连接。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频芯片集成混频器、中频低通滤波器、可变增益放大器、频率合成器以及模数转换器。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大电路包括低噪声放大器，工作频率范围为0.500GHz～2.2GHz。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述放大电路还包括：与低噪声放大器的前端连接的滤波电路。9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，多个放大电路的输入端分别连接定位天线和掩星接收天线，多个放大电路用于对定位天线和掩星接收天线接收到的射频信号进行放大。10.一种射频处理方法，其特征在于，包括：射频处理装置中的功分电路对放大电路输出的射频信号进行功分，得到多路射频信号，并将多路射频信号分别输入至对应的选频滤波器；射频处理装置中的选频滤波器对接收到的射频信号进行对应频点的选频，并将对应频点的信号输入至射频芯片；射频处理装置中的射频芯片根据接收到的信号进行中频处理，得到数字中频信号。

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