专利名称：一种监测电离层闪烁与干扰的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信领域，特别涉及一种监测电离层闪烁与干扰的系统。
背景技术：
卫星向地面传送电波信号时，电离层中的不规则结构会引起卫星电波信号强度 的起伏，这种现象被称为闪烁。电离层闪烁会对天基卫星通信和导航系统的性能产 生严重的影响，甚至导致相关系统的失效。电离层闪烁引起的导航系统接收机周跳 或载波相位失锁，对于高精度导航定位实时差分、星基导航、高精度定向等系统会 产生灾害性影响。
在磁赤道附近的低纬区域，由等离子体气泡形成的电离层不规则结构能造成微 波带信号幅度10dB以上的浮动。在中纬区域，虽然没有低纬区严重，不规则结构 也常常使得通讯、数据卫星的图像劣化，电离层闪烁引起的周跳也很频繁；地磁暴 发生时，强闪烁亦在中纬地区发生导致电波传播严重障碍。许多国家，包括中国的 大半疆土都位于磁纬低中区，要保证高精度定位定向系统的可靠性，要保证卫星通 信的质量，闪烁是一个不可回避的问题。闪烁导致卫星电波信号的捕捉困难，这对 于卫星通信与卫星导航定位是重大的危害。
现有技术中， 一般采用变频或超外差式接收机观测电离层闪烁现象，这些接收 机主要由天线、射频、中频和基带等几部分组成，它在稳定观测信号强度方面存在 以下缺陷
(a)、天线方面，传统接收机使用全向天线，在120度的方向角内，天线的增益 最大值与最小值之间相差3dB，当GPS卫星转动到120度以外时，天线也可能会接 收到信号。由于全向天线的接收方向可以各有不同，而天线接收方向带来的变化会 产生接收信号幅度的变化，信号幅度变化所带来的误差不易消除和修正。此外，建 筑物的反射引起的多路效应、树木的遮挡衰减等对接收信号的幅度和相位也会产生 非常大的影响。
(b) 、传统接收机的中频的自动增益控制对直接信号强度自动产生调节，使信号 到基带输入端的电平基本保持不变，而此时噪声随信号一起被放大或减小。由于接 收机原本可以计算出信噪比来预测空间信号衰减的情况，可是中频的自动增益控制
大小对接收机噪声产生影响，因此引入了信噪比随自动增益控制而产生的误差。
(c) 、传统接收机的基带对信号进行解扩，也会产生误差。
此外，现有的接收机通常还存在以下缺点
1、 接收机具有相关增益的变动等硬件误差，这使得对卫星星座、强闪烁等引起 的卫星电波信号的捕捉困难，甚至会使得接收信号的中断。例如，利用一般的GPS 接收机观测电离层闪烁，GPS卫星的CDMA扩频信号码(PRN)的强度极弱，淹 没在噪声中，无法对射频载波进行观测。
2、 无法对卫星的人为干扰进行预警。人为干扰是破坏导航定位卫星的常用手段， 对人为干扰进行预警具有很大的应用价值。
发明内容
本发明的目的是克服现有的卫星信号接收机不能在电离层强闪烁的情况下接受 卫星信号，而在能接受卫星信号时，又存在较大误差的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供一种监测电离层闪烁与干扰的系统，包括天线 1、低噪声放大器2、电缆3，还包括频谱仪5;其中，所述的天线l与所述的低噪 声放大器2电连接，所述的低噪声放大器2通过电缆3连接到频谱仪5上。
上述技术方案中，所述的天线1为抛物面天线。
上述技术方案中，还包括带通滤波器4、信号跟踪与数据收集装置6、天线伺服 系统7和中继放大器8;其中，所述的天线1分别与所述的天线伺服系统7和所述 的低噪声放大器2电连接，所述的低噪声放大器2通过所述的电缆3与所述的中继 放大器8电连接，所述的中继放大器8则通过所述的电缆3电连接到所述的带通滤 波器4上，所述的带通滤波器4与所述频谱仪5电连接，所述频谱仪5电连接到所 述的信号跟踪与数据收集装置6上，所述的信号跟踪与数据收集装置6还与所述的 天线伺服系统7电连接。
所述的天线1为抛物面天线。
所述的天线伺服系统7是一种用于调节所述天线1的转动方向的机械转动装置， 它安装在所述的天线1上。 所述的信号跟踪与数据收集装置6记录信号的强度，并根据卫星的轨道信息向 所述的天线伺服系统7发送指令。 本发明的优点在于
1、 本发明采用抛物面天线，避免了全向天线接收信号时，信号幅度、相位变化 所带来的误差。
2、 本发明不采用中频的自动增益控制，避免了由此带来的误差。
3、 本发明没有使用基带处理，不存在基带对信号进行解扩而产生的误差。
4、 本发明在对电离层闪烁进行监测的同时也可以进行抗干扰预警，结合闪烁测 量分析及噪声特性，可以辨别人为干扰或自然电离层物理事件，为采取抗干扰措施 提供一种可靠手段和依据。
5、 本发明不但可对电离层的弱闪烁进行监测，而且对于电离层的强闪烁也能进 行监测。
6、 本发明不仅适用于绕地球轨道卫星信号的接收，也适用于地球静止轨道卫星 信号的接收。
图1为本发明的监测电离层闪烁与干扰的系统的一个实施例的结构图2为本发明的监测电离层闪烁与干扰的系统的另一个实施例的结构图3为现有的GPS导航定位卫星接收机与本发明的监测电离层闪烁与干扰的系
统的信号与噪声电平的比较图。
图面说明
1抛物面天线 2低噪声放大器 3电缆 4带通滤波器 5频谱仪 6信号跟踪与数据收集装置 7天线伺服系统
8 中继放大器
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明的装置进行说明。 图1是本发明的监测电离层闪烁与干扰的系统的一个实施例，在该实施例中， 本发明的系统由抛物面天线l、低噪声放大器2、电缆3和频谱仪5组成。
所述的抛物面天线1用于接收卫星的信号，与传统接收机所使用的全向天线相
比，所述的抛物面天线l的增益可以高达几十分贝，它的天线方向角极小，例如可 以做到小于1度，避免了全向天线由于天线接收方向的变化而产生的接收信号幅度 的变化。
所述的低噪声放大器2用于补偿信号在电缆中作长距离传输时的损耗。由于室 外抛物面天线1的设置点到信号观测处理终端仪表的距离通常很长，因此需要在装 置中添加所述的低噪声放大器2，以补偿信号在传输过程中的损耗。
所述的电缆3用于传送信号。
所述的频谱仪5用于观测卫星的载波信号。
抛物面天线1与低噪声放大器2电连接，低噪声放大器2通过电缆3连接到频 谱仪5上。抛物面天线1从卫星接收到信号后，经过低噪声放大器2放大，然后由 电缆3传送到频谱仪5中，在频谱仪5上显示卫星的载波信号。
图2是本发明的另一个实施例，在该实施例中，本发明的装置由抛物面天线1、 低噪声放大器2、电缆3、带通滤波器4、频谱仪5、信号跟踪与数据收集装置6、 天线伺服系统7以及中继放大器8组成。抛物面天线1分别与天线伺服系统7和低 噪声放大器2连接，所述的低噪声放大器2通过电缆3与中继放大器8连接，所述 的中继放大器8则通过电缆3连接到带通滤波器4上，带通滤波器4与频谱仪5电 连接，频谱仪5电连接到信号跟踪与数据收集装置6上，信号跟踪与数据收集装置 6还与天线伺服系统7电连接。
所述的低噪声放大器2用于补偿信号在电缆中作长距离传输时的损耗。
所述的电缆3用于传送从卫星接收到的信号。
所述的频谱仪5用于观测卫星的信号。
所述的带通滤波器4用于减小外界各种频段信号杂波的干扰，在本实施例中可 以采用GPS卫星Ll频段1575MHz土15MHz的带通滤波器。
所述的信号跟踪与数据收集装置6用于记录卫星载波信号的强度，此外，工作 人员可以通过信号跟踪与数据收集装置6向天线伺服系统7发送指令，控制天线伺 服系统7的转动。所述的信号跟踪与数据收集装置6可由安装有相应软件的计算机 实现。在本发明中，所述的信号跟踪就是对卫星的跟踪，对于非静止卫星，它们都 有特定的轨道，遵循力学里相应的定律，通过卫星监控部门得到轨道信息后，将轨 道信息输入所述的信号跟踪与数据采集装置6中，信号跟踪与数据收集装置6根据 轨道信息对天线伺服系统7发出控制指令，以实现对卫星的跟踪。对卫星数据的采集也可通过一块板卡实现。
所述的天线伺服系统7用于控制抛物面天线1的转动，所述的天线伺服系统7 实际上是一种机械转动装置，所述的抛物面天线1安装在天线-伺服系统7上，随着 天线伺服系统7的转动而转动。天线伺服系统7从信号跟踪与数据收集装置6接收 到控制指令后，改变天线l的仰角、方位角以达到跟踪卫星的目的。
所述的中继放大器8与所述的低噪声放大器2的作用相类似，用于补偿信号在 电缆中作长距离传输时损耗。
在工作时，抛物面天线l接收卫星发出的信号，然后将信号发送到低噪声放大 器2和中继放大器8中进行放大，放大后的信号通过电缆3传送到带通滤波器4中， 滤除信号中所夹杂的外界杂波，信号经滤波操作后传送到频谱仪5中，频谱仪5显 示信号的波形，滤波后的信号还被传送到信号跟踪与数据收集装置6中，该装置可 将信号的强度等数据记录下来。通过所述的信号跟踪与数据采集装置6，还可控制 天线伺服系统7，利用天线伺服系统7调节抛物面天线1的天线接收方向。
如图3所示，在图3中的左半部分Sl显示了现有的GPS导航定位卫星接收机 接收信号的情况。该接收机采用全向天线接收卫星信号时，所接收的信号电平值L1 在-220dBW/Hz以下，而热噪声电平L2在-204dBW/Hz之下，噪声电平高于卫星信 号的电平，因此在该接收机中，无法用频谱仪直接对信号进行观测。
在本发明的监测电离层闪烁与干扰的系统中，可使用频谱仪直接对卫星的信号 进行跟踪、观测和分析。在一个监测电离层闪烁与干扰的系统的实施例中，选用一 部37dB的抛物面天线，考虑到电缆线和滤波器对信号的衰减，在系统中连接一个 40dB以上的低噪声放大器(LNA)和中继放大器，用于放大卫星信号，放大后的信 号的电平值为L4。由于低噪声放大器在放大信号的同时也会放大噪声，因此放大后 的噪声基底值为L3。放大后的卫星信号的电平值L4高于噪声基底值L3约21dB, 且高于频谱仪的噪底值门限值L6，因此可以用频谱仪直接观测到最大高出噪声基底 值L3约21dB的卫星信号。
在正常情况下，电离层对信号的影响例如幅度的影响变动很小，而且有规律。 在发生电离层闪烁时，电离层使卫星信号的强度上下变动剧烈。电离层发生强闪烁 时，卫星信号的强度有时超过了传统接收机门限，此时接收机会发生失锁，不能观 察信号，不能利用信号来研究电离层不规则结构形成的机制。而本发明的装置，不 会发生传统接收机失锁现象，可以实时接收和记录载波信号的变动情况，记录下卫
星信号的强度上下变动剧烈的变化情况，进而对发生的电离层闪烁事件进行分析。 此外，卫星在运行过程中，容易受到人为干扰。对卫星进行干扰的最有效手段是对 地面对卫星的上行线路进行干扰，尤其在载波频段上使用高于载波信号10dB以上 的信号进行压制干扰，使整个卫星系统陷于瘫痪。利用本发明的系统可实现对人为 干扰的预警。由于在载波干扰时，载波信号会异常地保持高电平，这与强闪烁时信 号向幅度减小方向的摆动现象明显不同，在频谱仪上可直观地观察出。技术人员可 据此进一步采取抗干扰的对抗性措施。
权利要求
1、一种监测电离层闪烁与干扰的系统，包括一用于接收卫星信号的天线(1)、低噪声放大器(2)和电缆(3)；其特征在于，还包括频谱仪(5)；其中，所述的天线(1)与所述的低噪声放大器(2)电连接，所述的低噪声放大器(2)通过电缆(3)连接到频谱仪(5)上。
2、 根据权利要求1所述的监测电离层闪烁与干扰的系统，其特征在于，所述的 天线(1)为抛物面天线。
3、 根据权利要求1所述的监测电离层闪烁与干扰的系统，其特征在于，还包括 带通滤波器(4)、信号跟踪与数据收集装置(6)、天线伺服系统(7)和中继放大器(8);其中，所述的天线(1)分别与所述的天线伺服系统(7)和所述的低噪声放 大器(2)电连接，所述的低噪声放大器(2)通过所述的电缆(3)与所述的中继放 大器(8)电连接，所述的中继放大器(8)则通过所述的电缆(3)电连接到所述的 带通滤波器(4)上，所述的带通滤波器(4)与所述频谱仪(5)电连接，所述频谱 仪(5)电连接到所述的信号跟踪与数据收集装置(6)上，所述的信号跟踪与数据 收集装置(6)还与所述的天线伺服系统(7)电连接。
4、 根据权利要求3所述的监测电离层闪烁与干扰的系统，其特征在于，所述的 天线(1)为抛物面天线。
5、 根据权利要求3所述的监测电离层闪烁与干扰的系统，其特征在于，所述的 天线伺服系统(7)是一种用于调节所述天线(1)的转动方向的机械转动装置，它 安装在所述的天线(1)上。
6、 根据权利要求3所述的监测电离层闪烁与干扰的系统，其特征在于，所述的 信号跟踪与数据收集装置(6)记录信号的强度，并根据卫星的轨道信息向所述的天 线伺服系统(7)发送指令。
全文摘要
本发明公开了一种监测电离层闪烁与干扰的系统，包括天线、低噪声放大器、电缆，还包括频谱仪；其中，所述的天线与所述的低噪声放大器电连接，所述的低噪声放大器通过电缆连接到频谱仪上。本发明的优点在于在对电离层闪烁进行监测的同时也可以进行抗干扰预警；不但可对电离层的弱闪烁进行监测，而且对于电离层的强闪烁也能进行监测；不仅适用于绕地球轨道卫星信号的接收，也适用于地球静止轨道卫星信号的接收。
文档编号H04B7/185GK101098183SQ20061008953
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者韩建伟, 马冠一, 龚建村 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心