星载分布式干涉SAR定时信号时间同步的硬件实现方法

专利检索2024-11-07  6


本发明属于星载合成孔径雷达,具体涉及星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法。


背景技术:

1、在以往的单星成像星载合成孔径雷达系统中,雷达计算机接收卫星平台发送的sar(synthetic aperture radar,合成孔径雷达)工作任务指令包,并将此任务包解析发送至雷达定时器,雷达定时器收到sar工作任务包后开始执行工作任务,输出定时工作信号,控制雷达信号的发射和雷达回波信号的接收。根据sar分系统的工作特性,所有sar工作任务均是以单颗卫星工作模式存在,即接收到sar工作任务包后,雷达定时器经过固定的延时和响应时间后开始正常sar工作任务的执行,不存在双星星间的工作定时时间同步的需求。

2、在双星编队的卫星sar系统中,主要完成干涉成像任务,这个是区别于以往单星成像sar系统的工作模式,采用了一发双收的工作模式,即编队工作的两颗卫星sar系统,只有一颗卫星对地发射雷达信号,而两颗卫星都接收地面反射的雷达回波信号。其中sar系统要求两颗卫星的回波信号接收开始时刻和接收持续时间应保持一致。这就要求两颗卫星sar系统的雷达定时器共同一起完成定时信号的时间同步。

3、双星卫星sar系统以卫星平台gnss接收机输出的1pps信号为时间基准,分别发送给各自卫星的sar系统雷达定时器,雷达定时器以此信号为任务工作的时间基准完成整个sar系统定时时间同步工作,完成一发双收的干涉任务。

4、就单颗卫星而言,接收到的1pps信号唯一的,因此不存在相对时间差的问题,卫星内部sar系统工作时间一致。而对于双星编队sar系统而言,不同卫星平台接收到的1pps信号会存在一定时间偏差,即存在相对时间差。当需要两颗卫星共同执行sar系统干涉任务时,卫星之间1pps信号的时间差会导致两颗卫星sar系统没有工作在定时时间完全同步的工况下,轻微情况会影响干涉任务的性能,严重情况会导致干涉任务执行失败。因此在以1pps信号为时间基准实现双星定时信号同步设计基础上,还需要解决1pps信号完全同步的问题,进行1pps信号的时间补偿设计。


技术实现思路

1、为解决上述技术问题,本发明提供了星载分布干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法。通过设计一种雷达定时信号时间同步硬件电路,在执行干涉成像工作过程中,以fpga(field programmale gate array 现场可编程门阵列)为核心器件的雷达定时器实时检测并灵活有效的对卫星平台gnss(global navigation satellite systms)接收机输出秒脉冲(1pps)信号进行双星高精度时间同步设计,并在此基础上实现双星sar系统雷达定时信号的时间同步,保障干涉成像任务顺利执行。

2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

3、星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法,包括如下步骤:

4、步骤1,设计高精度雷达定时器输入工作时钟硬件电路,所述硬件电路包括基准频率源和雷达定时器,所述雷达定时器包括现场可编程门阵列fpga,将外部输入的正弦波定时工作时钟信号连接至fpga,产生高精度定时同步信号;

5、步骤2,将全球卫星导航系统gnss接收机提供的秒脉冲1pps信号连接至所述fpga,所述fpga利用定时工作时钟信号实时检测1pps信号上升沿,检测到1pps信号上升沿后将其作为高精度定时同步信号的参考时刻;

6、步骤3,在所述雷达定时器的fpga检测到1pps信号上升沿后,基于所述高精度定时同步信号对1pps信号进行时间补偿调整,使得雷达定时器接收到的1pps信号在时间上同步对齐后,执行合成孔径雷达sar干涉任务包。

7、本发明的有益效果在于:

8、实现了双星sar系统执行干涉任务时定时时间同步,极大的提高了系统定时精度,满足了系统干涉成像定时时间同步的需求,该发明同样适用于多星编队干涉sar之间的定时时间同步。



技术特征:

1.星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法,其特征在于,包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法,其特征在于,所述步骤1中,所述基准频率源用于产生正弦波定时工作时钟信号,所述正弦波定时工作时钟信号通过交流耦合的方式连接到雷达定时器,经过直流偏置、运算放大、阻抗匹配和钳位保护调节后连接至反熔丝型fpga,经分频得到高精度定时同步信号,即sar系统定时信号的基准时钟信号。

3.根据权利要求2所述的星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法,其特征在于,所述步骤2包括:

4.根据权利要求3所述的星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法,其特征在于,所述步骤3包括:

5.根据权利要求4所述的星载分布式干涉sar定时信号时间同步的硬件实现方法,其特征在于,所述步骤3.3中的时间偏差补偿包括,将双星当中1pps信号超前的sar系统的1pps信号进行滞后处理,在1pps信号超前的sar系统的雷达定时器的fpga中定义两字节长度的计数器,计数器初始复位值为“0”,开始时间偏差补偿时,计数器以sar系统定时信号的基准时钟信号为节拍计数累加,当该计数器当前计数值达到卫星总线上的接收到的相对时间偏差数据时,时间偏差补偿完成。


技术总结
本发明提供了星载分布式干涉SAR定时信号时间同步的硬件实现方法,属于星载合成孔径雷达技术领域。所述方法包括:设计一种雷达定时信号时间同步硬件电路,在执行干涉成像工作过程中,以FPGA为核心器件的雷达定时器实时检测并灵活有效的对卫星平台GNSS接收机输出秒脉冲(1PPS)信号进行双星高精度时间同步设计,并在此基础上实现双星SAR系统雷达定时信号的时间同步。所述方法实现了双星SAR系统执行干涉任务时定时时间同步,极大的提高了系统定时精度,满足了系统干涉成像定时时间同步的需求。

技术研发人员:肖帅,禹卫东,李世强,彭鹏
受保护的技术使用者:中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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