CN101825695A - 多模嵌入式组合导航接收机和定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多模嵌入式组合导航接收机，包括射频接收芯片和基带处理芯片，其中，所述基带处理芯片包括：多模射频数据处理单元、捕获单元、跟踪单元和精密单点定位处理单元。本发明提供的多模嵌入式组合导航接收机无需数字处理器(DSP)，只需要通过基带处理芯片结合软件实现定位，因此该导航接收机结构简单、成本较低、可靠性高。

Description

多模嵌入式组合导航接收机和定位的方法

技术领域

本发明涉及导航设备领域，特别涉及一种多模嵌入式组合导航接收机和定位的方法。

背景技术

我国将在2010年左右建成能向全球扩展的区域卫星导航***“北斗二代”，实现覆盖我国及周边地区与海域的实时三维定位、测速、高精度授时和部分地区的用户位置报告及双向报文通信。届时，我国卫星导航与定位各级用户将面临四大全球卫星导航***同时可使用的局面，这些***分别是美国的全球定位***(GPS)、俄罗斯的GLONASS；欧盟的GALILEO(伽利略)和中国的“北斗二代”***正在建设中。

随着卫星技术的发展和GPS用户需求的激增，美国GPS协作委员会对GPS***的发展和完善进行了近期(2010年以前)和远期(2010年以后)规划，其主要内容就是所谓的“GPS的现代化计划”，即对GPS***的各个组成部分-卫星、信号和地面控制部分进行改进。该计划对在军事用途方面的考虑可以归纳为三点：1)保护美国在战区对GPS的军事应用；2)防止战争期间敌方使用GPS资源对其进行攻击；3)维持在战区外的民间应用。可以看出，对美国而言，从国家安全问题考虑，希望能够在最大限度地发挥GPS***军事效率的同时，尽量降低由于敌方应用它而带来的风险。GPS的发展和相关政策的出台对我国用户使用GPS资源存在着一定程度的影响。

当GPS现代化计划实施完毕以后，将民用信号应用于军事用途的可靠性和可用性近似于零，另外，美国可以在特定阶段关闭所有民用信号，防止敌方将C/A码用于军事用途。为消除美国的这些相关政策对用户的影响，多星座多模兼容接收机就应运而生了。但GPS/GLONASS/BDII多模式兼容型接收机都没有进入实用阶段。

如图1所示，当前主流技术提供的一种接收机，包括天线109、射频接收芯片107、模数转换单元103、基带处理芯片100、数字处理器104和连接外部设备的RS232接口108，该接收机由于包括数字处理器104，所以装置较多，结构复杂，成本较高。

发明内容

本发明提供一种多模嵌入式组合导航接收机和定位的方法，以提供一种结构简单、成本较低、可靠性高的导航接收机和定位方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种多模嵌入式组合导航接收机，包括射频接收芯片和基带处理芯片，其中，所述基带处理芯片包括：多模射频数据处理单元、捕获单元、跟踪单元和精密单点定位处理单元；

所述射频数据处理单元，与所述射频接收芯片连接，用于接收所述射频接收芯片接收到的多种体制的卫星信号，并将所述卫星信号生成基带数据，并向所述捕获单元发送所述基带数据；

所述捕获单元，用于根据所述基带数据分析并捕获当前有用的卫星信号，并将该卫星信号的数据向跟踪单元发送；

所述跟踪单元，用于根据所述卫星信号的数据跟踪该卫星，获取该卫星的导航数据，并向精密单点定位处理单元发送所述导航数据；

所述精密单点定位处理单元，用于根据所述导航数据确定所述接收机精确的位置信息。

其中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：RS-232接口，用于接收所述单点定位处理单元位置信息，并将所述位置信息传输到外部设备。

其中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：模数处理单元，连接在所述射频接收芯片和基带处理芯片之间，用于将所述射频接收芯片接收到的卫星信号进行模数转换，并将经过所述模数转换后的数字信号向基带处理芯片的射频数据处理单元发送。

其中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：DDRRAM接口，用于连接DDR RAM和所述基带处理芯片，用于将所述基带处理芯片的数据缓存到DDR RAM和将所述基带处理芯片的易失性数据保存到DDR RAM。

其中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：FLASH ROM接口，用于连接FLASH ROM和基带处理芯片，用于将所述基带处理芯片的非易失性数据保存到FLASH ROM。

其中，所述基带处理芯片上还设置有：JTAG接口、LED接口、3uMAC/PHY接口、PROM配置接口和硬件用户DIP转换接口。

一种定位的方法，应用在基带处理芯片中，所述基带处理芯片包括：多模射频数据处理单元、捕获单元、跟踪单元和精密单点定位处理单元；该方法包括步骤：

多模射频数据处理单元接收所述射频接收芯片接收到的卫星信号，并将所述卫星信号生成基带数据，并向所述捕获单元发送所述基带数据；

捕获单元根据所述基带数据分析并捕获当前有用的卫星信号，并将该卫星信号的数据向跟踪单元发送；

跟踪单元根据所述卫星信号的数据跟踪该卫星，获取该卫星的导航数据，并向精密单点定位处理单元发送所述导航数据；

精密单点定位处理单元根据所述导航数据确定所述接收机的精确位置信息。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的多模嵌入式组合导航接收机和定位方法只需要通过基带处理芯片结合软件实现单点精确定位，因此该导航接收机结构简单、成本较低、可靠性高。

附图说明

图1为现有技术提供的导航接收机的结构原理图；。

图2为本发明实施例提供的导航接收机的结构原理图；

图3为本发明实施例提供的基带处理芯片的结构原理图；

图4为本发明实施例提供的定位方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图详细描述本发明提供的实施例。

本发明实施例提供一种多模嵌入式组合导航接收机，用于接收多体制的导航卫星信号，并进行相应处理来实现精确定位，提供该多模嵌入式导航接收机的位置信息，广泛的应用在军事和民用场合。该导航接收机为多模嵌入式的，采用“二片机”结构，即包含射频接收芯片(RFIC)和基带处理芯片(FPGA)。“二片机”的设计结构，最大限度地保障多模嵌入式组合导航接收机产业化与可扩展性、可延续性和可重构性。

其关键技术和核心内容之一是基带信号处理技术和嵌入式软件。基带信号处理软件和嵌入式软件运行于基带处理芯片上，完成对射频接收芯片输出的卫星信号进行相关处理、信号捕获与跟踪、码环路控制、载波环路控制、兼容信号识别与处理、导航数据获取、伪距测量、多普勒频移测量等。

如图2，该多模嵌入式组合导航接收机，包括多模射频接收芯片207和基带处理芯片200，其中，如图3所示，所述基带处理芯片200包括：多模射频数据处理单元211、捕获单元212、跟踪单元213和精密单点定位处理单元214；

射频接收芯片207接收来自卫星接收天线209的卫星信号，同时把这些卫星信号变频到中频(IF)。各通道的中频信号不是一样的，这些中频信号有不同的特性以及带宽的不重叠性，这些中频信号采用各自独立的模数处理单元203，图2中只画出二个模数处理单元203、210，实际上还有根据不同的中频信号都各自对应一个模数处理单元，以不同的采样速率完成这些中频信号的A/D采样和转换。具体的，一个模数处理单元203，连接在所述射频接收芯片和基带处理芯片之间，用于将所述射频接收芯片接收到的多种体制的导航卫星信号进行模数转换，并将经过所述模数转换后的数字信号向基带处理芯片的射频数据处理单元发送。

所述射频数据处理单元211，与所述射频接收芯片207连接，用于接收所述射频接收芯片207通过天线209接收到的卫星信号，并将所述卫星信号生成基带数据，对基带数据进行相关的处理，并向所述捕获单元212发送所述基带数据；

所述捕获单元212，用于根据所述基带数据分析并捕获当前有用的卫星信号，并将该卫星信号的数据向跟踪单元213发送；

所述跟踪单元213，用于根据所述卫星信号的数据跟踪该卫星，获取该卫星的导航数据，并向单点定位处理单元214发送所述导航数据；

所述精密单点定位处理单元214，用于根据所述导航数据确定所述接收机的位置信息。下面详细描述该单点定位处理单元214根据所述导航数据确定所述接收机的位置信息的情况：

由于各种误差因素的影响，如卫星轨道误差，卫星时钟误差电离层和对流层的误差，即使在当前美国，取消了SA(Selective Availability)的影响，传统的单点定位也只能达到大约10米的定位精度。这不能够满足精密导航定位的需要。以前，用户需要采用差分定位的方式来消除上述误差的影响，来提高精度。例如，利用伪距差分的DGPS(Differential GPS)和利用相位差分的实时动态技术RTK(Real-Time Kinematic)。差分定位利用基准站(Base Station)和流动站(Rover Station)之间误差的相关性来消除或削弱上述误差的影响。但是差分定位需要至少一个基准站设置于高精度的已知点上。而且，基准站和流动站之间距离也受到误差的相关性限制。例如DGPS只能在100公里以内的基线上达到米级的精度，RTK只能在几十(一般20)公里以内的基线上达到厘米级精度。已知的基准站坐标和段的基线距离在很多时候是很难满足的，例如航空和航海作业。例如现在航空摄影测量一般需要在地面上设置几十个的基准站。这无疑增加了作业成本和时间。

随着高精度的精密卫星轨道和时钟的出现，一种新的精密定位技术，精密单点定位技术PPP(Precise Point Positioning)，已越来越受到关注。PPP利用精密轨道和时钟来消除卫星轨道和时钟误差，利用双频观测值来消除电离层的影响。通过相位观测值来估计对流层延迟。由于上述误差都可以削弱到厘米级左右，PPP利用单站GPS就可以达到几个厘米的精度，即传统RTK的精度。这无疑大大提高了高精度定位作业的灵活性，降低了作业成本。而且PPP可以精确地估计对流层的延迟和接收机钟差，这些信息广泛用于气象和授时守时服务。这些优点都是差分定位技术无可比拟的。

随着GLONASS***的不断完善，以及欧洲的GALILEO***的实施，PPP的精度和完备性将进一步提高。已经支持GLONASS卫星数据，对GALILEO和北斗***卫星数据的处理随着卫星***的完善而逐渐完善。

PPP可以是测量单机硬件形式，也可以接口其它测量仪器的***软件形式。由于PPP的单点的便捷性及高精度能力，可以广泛应用于航空测量的持续精密定位、港口精密导航、地标的高精度3坐标定位、高精度的地貌的3维测量、以及高精度的军用定位等。

在进一步的实施例中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：RS-232接口208，用于接收所述单点定位处理单元214位置信息，并将所述位置信息传输到外部设备。以供外部设备显示出来，供人们确认位置信息。该RS-232接口208的传输速率57600bps，8bits、无奇偶性、无停止位，配合相应软件，能实现控制和简单的调试功能。

在进一步的实施例中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：DDR RAM(双倍数据速率内存)接口206，用于连接DDR RAM和所述基带处理芯片200，用于将所述基带处理芯片200的数据缓存到DDR RAM和将所述基带处理芯片200的易失性数据保存到DDRRAM。

在进一步的实施例中，该多模嵌入式组合导航接收机还包括：FLASHROM(闪存)接口205，用于连接FLASH ROM和基带处理芯片200，用于将所述基带处理芯片200的非易失性数据保存到FLASH ROM。用于写入相应的FPGA和DSP固件代码，防止数据丢失。

进一步的实施例中，所述基带处理芯片200上还设置有：JTAG(联合测试工作组)接口201、LED(发光二极管)接口、3u MAC/PHY接口、PROM(可编程的存储器)配置接口和硬件用户DIP(双列直插式封装)转换接口。其中：协议为IEEE 802的3u MAC/PHY(MAC层/物理层)接口，实现Ethernet(以太网)的通信。JTAG接口，实现硬件调试和便捷扫描配置。PROM配置接口，实现程序的非易失性配置。该基带处理芯片上还设置有LED接口，指示各个硬件的状态。该射频接收芯片207和基带处理芯片200还连接有时钟单元202，以与卫星同步。

本发明实施例还提供一种定位的方法，应用在基带处理芯片中，所述基带处理芯片包括：多模射频数据处理单元、捕获单元、跟踪单元和精密单点定位处理单元；如图4所示，该方法包括步骤：

301、所述射频数据处理单元接收所述射频接收芯片接收到的卫星信号，并将所述卫星信号生成基带数据，并向所述捕获单元发送所述基带数据；

302、所述捕获单元根据所述基带数据分析并捕获当前有用的卫星信号，并将该卫星信号的数据向跟踪单元发送；

303、所述跟踪单元根据所述卫星信号的数据跟踪该卫星，获取该卫星的导航数据，并向精密单点定位处理单元发送所述导航数据；

304、所述精密单点定位处理单元根据所述导航数据确定所述接收机精确的位置信息。

以上对本发明实施例所提供的一种多模嵌入式组合导航接收机和定位方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多模嵌入式组合导航接收机，其特征在于，包括射频接收芯片和基带处理芯片，其中，所述基带处理芯片包括：多模射频数据处理单元、捕获单元、跟踪单元和精密单点定位处理单元；

所述射频数据处理单元，与所述射频接收芯片连接，用于接收所述射频接收芯片接收到的多种体制的卫星信号，并将所述卫星信号生成基带数据，并向所述捕获单元发送所述基带数据；

所述捕获单元，用于根据所述基带数据分析并捕获当前有用的卫星信号，并将该卫星信号的数据向跟踪单元发送；

所述跟踪单元，用于根据所述卫星信号的数据跟踪该卫星，获取该卫星的导航数据，并向精密单点定位处理单元发送所述导航数据；

所述精密单点定位处理单元，用于根据所述导航数据确定所述接收机精确的位置信息。

2.如权利要求1所述多模嵌入式组合导航接收机，其特征在于，还包括：RS-232接口，用于接收所述单点定位处理单元位置信息，并将所述位置信息传输到外部设备。

3.如权利要求1所述多模嵌入式组合导航接收机，其特征在于，还包括：模数处理单元，连接在所述多模射频接收芯片和基带处理芯片之间，用于将所述多模射频接收芯片接收到的卫星信号进行模数转换，并将经过所述模数转换后的数字信号向基带处理芯片的射频数据处理单元发送。

4.如权利要求1所述多模嵌入式组合导航接收机，其特征在于，还包括：DDR RAM接口，用于连接DDR RAM和所述基带处理芯片，用于将所述基带处理芯片的数据缓存到DDR RAM和将所述基带处理芯片的易失性数据保存到DDRRAM。

5.如权利要求1所述多模嵌入式组合导航接收机，其特征在于，还包括：FLASH ROM接口，用于连接FLASH ROM和基带处理芯片，用于将所述基带处理芯片的非易失性数据保存到FLASH ROM。

6.如权利要求1所述多模嵌入式组合导航接收机，其特征在于，所述基带处理芯片上还设置有：JTAG接口、LED接口、3uMAC/PHY接口、PROM配置接口和硬件用户DIP转换接口。

7.一种定位的方法，其特征在于，应用在基带处理芯片中，所述基带处理芯片包括：多模射频数据处理单元、捕获单元、跟踪单元和精密单点定位处理单元；该方法包括步骤：

多模射频数据处理单元接收所述射频接收芯片接收到的卫星信号，并将所述卫星信号生成基带数据，并向所述捕获单元发送所述基带数据；

捕获单元根据所述基带数据分析并捕获当前有用的卫星信号，并将该卫星信号的数据向跟踪单元发送；

跟踪单元根据所述卫星信号的数据跟踪该卫星，获取该卫星的导航数据，并向精密单点定位处理单元发送所述导航数据；

精密单点定位处理单元根据所述导航数据确定所述接收机的精确位置信息。

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