[发明专利]浮空器平台的GNSS掩星信号连续接收方法及接收天线系统

说明书

本发明公开了一种浮空器平台的GNSS掩星信号连续接收方法及接收天线系统，可以实现GNSS掩星信号的连续接收；基于浮空器平台的临空GNSS掩星探测具有驻空时间长、单次掩星事件时间长、相比地基观测无多径效应等优势，然而，浮空器平台具有姿态不确定性，针对单次掩星事件，其方位角是固定的，单天线无法实现掩星信号的连续接收，从而导致掩星观测数据的不可用；本发明通过多天线的有效组合，可实现掩星信号的连续接收；此外，掩星信号由于受地球曲率的遮挡，割点高度越低的信号，信号强度越低，导致接收机无法连续跟踪信号，本发明中OCCU天线阵元多阵子的布局结构，可实现掩星方向10dB天线增益，可有效接收载噪比较弱的掩星信号。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种基于浮空器平台的GNSS掩星信号连续接收方法及接收天线系统。

背景技术

低大气层具有大气折射分布不均匀特性，对无线电信号传播将产生折射和散射效应，当GNSS无线电信号穿过低层大气时，由于折射率梯度的存在，电波信号会发生弯曲，从而使得接收机可以观测到地平线以下的信号，这种现象称为GNSS掩星事件。GNSS接收机利用这种弯曲信息，可以反演大气折射率，并可以进一步反演对应的大气物理参量包括密度、温度、水汽以及电离层电子密度等，这就是无线电掩星探测技术。GNSS掩星探测技术具有全球覆盖、全天候、高精度等天然优势，已发展成一种重要的大气探测手段。

目前主流的掩星探测技术是基于LEO卫星的，其运动速度非常快，约为几千米每秒，其对应的掩星事件持续时间为1分钟左右。临近空间通常是指地面20Km-100Km的空域，相比于星基的高动态，基于临近空间的浮空器平台的运动速度为仅为几米每秒的量级，其对应的掩星事件持续时间可达几分钟甚至十几分钟。因此，相比于星基，临基的掩星探测技术时间更长，其大气反演精度将会更高。

但是，GNSS掩星信号反演要求连续跟踪信号，而临近空间浮空器平台的载荷仓是悬吊于空中的，其载荷会随风进行摆动或转动，即其姿态会随机变化(航向角摆动尤为突出)，从而导致掩星信号接收的不连续。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种浮空器平台的GNSS掩星信号连续接收方法及接收天线系统，可以实现GNSS掩星信号的连续接收。

一种GNSS掩星信号连续接收方法，包括：

1)、在浮空器平台上设置至少2个POD天线和4个OCCU天线；POD天线用于接收天顶方向GNSS信号；所述OCCU天线的数量满足：所有天线主波束宽度叠加后可覆盖360°方位角上的掩星信号；

2)、浮空器平台上的GNSS掩星信号接收装置通过POD天线接收天顶方向GNSS掩星信号，实时进行PVT解算，获取浮空器平台载荷仓的位置信息；同时，通过解算卫星星历和历书，利用载荷仓的位置信息，计算GNSS掩星信号相对于接收装置的方位角和仰角信息；

3)、在掩星时刻发生时，根据获取的掩星方位角信息，判断哪个OCCU天线的主波束正对GNSS掩星信号来向方向，此时采用该OCCU天线的信号进行掩星信号跟踪；

4)、GNSS掩星信号接收装置根据两个POD接收天线的信息，获取载荷仓航向角变化矢量，再根据OCCU天线的实际布局，判断航向角变化对应的OCCU天线切换方向，即确定GNSS掩星信号的方向由当前OCCU天线切换到哪一个OCCU天线的主波束宽度内；

5)、将当前OCCU天线对应的通道跟踪数据软切换至下一个OCCU天线，待下一个OCCU天线正对掩星信号来向方向时，实现该OCCU天线通道对掩星信号的连续跟踪。

一种GNSS掩星信号连续接收的天线接收系统，包括布置在浮空器平台上的至少2个POD天线、至少4个OCCU天线以及GNSS掩星信号接收装置；所述POD天线用于接收天顶方向GNSS信号；OCCU天线的数量需满足：所有天线主波束宽度叠加后可覆盖360°方位角上的掩星信号；