CN102156289A

CN102156289A - 一种北斗卫星与gps卫星双模定位授时型接收机

Info

Publication number: CN102156289A
Application number: CN2011100555660A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: SHAANXI NAVI INFORMATION TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHAANXI NAVI BEIDOU INFORMATION TECHNOLOGY CO.,LTD.
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: CN102156289B

Abstract

本发明公开了一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，包括天线模块、射频通道模块、北斗处理模块、GPS处理模块、扩展板模块；所述天线模块包括北斗接收天线，用于接收北斗卫星下行信号，经滤波器滤波、北斗低噪声放大器放大之后，得到北斗下行射频导航信号；北斗发射天线，接收北斗功率放大器传来的信号，将该信号发射至天空中的北斗卫星；GPS接收天线，用于接收GPS卫星下行信号；本发明提出一种同时接收北斗卫星与GPS卫星信号的接收机，可实现北斗授时、北斗定位、GPS授时、GPS定位的功能，以摆脱对GPS的依赖，提高我国民用基础行业的安全性和稳定性。

Description

一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机

技术领域

本发明涉及卫星应用领域，具体涉及一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机。

背景技术

目前全球的导航卫星主要有美国的全球卫星导航***GPS(Global Positioning System)、俄罗斯的全球导航卫星***GLONASS(Global Navigation Satellite System)、中国的北斗卫星导航定位***(Compass Navigation Satellite System)和欧盟的伽利略全球导航定位***(European Satellite Navigation System)。现阶段，GPS定位以及授时功能在我国的交通、电力、通信、金融、水利、石油等领域有着广泛的应用；但因GPS受美国限制，采用单一的GPS存在潜在的风险，其安全可靠性低，自主性差。北斗卫星导航定位***是我国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航***。北斗卫星导航定位***可提供定位、测速和授时服务。因此，采用北斗卫星导航***是必然趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机。采用如下技术方案：

一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，包括天线模块、射频通道模块、北斗处理模块、GPS处理模块、扩展板模块；所述天线模块包括北斗接收天线，用于接收北斗卫星下行信号，经滤波器滤波、北斗低噪声放大器放大之后，得到北斗下行射频导航信号；北斗发射天线，接收北斗功率放大器传来的信号，将该信号发射至天空中的北斗卫星；GPS接收天线，用于接收GPS卫星下行信号；

所述射频通道模块包括接收部分、发射部分和本振部分；所述接收部分接收北斗下行射频导航信号，经过下变频、滤波和放大，输出中频信号；所述发射部分接收北斗处理模块发来的发射数据进行BPSK调制，滤除各种带外杂波后，上变频后发往北斗功率放大器；

所述北斗处理模块包括北斗基带处理单元和北斗信息处理单元，北斗基带处理单元将所述中频信号进行解扩、解调、译码，译码后的数据通过地址线、数据线送往北斗信息处理单元；所述北斗信息处理单元产生定位与授时信息，并发送至扩展板模块；所述GPS处理模块接收GPS信号，连续获得定位信息以及定时结果，发送至所述扩展板模块；所述扩展板模块根据用户的设定，选择输出GPS或北斗的定位以及定时结果。

所述的北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，所述扩展板模块包括：电源部分、接口电路部分、微电路信息处理部分。

所述的北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，所述北斗基带处理单元包括A/D子单元、下变频子单元、Sin/Cos子单元、相关子单元、码跟踪子单元、载波跟踪子单元、信号功率处理子单元、帧时标提取子单元、维特比译码子单元。

本发明提出一种同时接收北斗卫星与GPS卫星信号的接收机，可实现北斗授时、北斗定位、GPS授时、GPS定位的功能，以摆脱对GPS的依赖，提高我国民用基础行业的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明中北斗基带信号处理单元示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1，参考图1，一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，包括：

天线模块、射频通道模块、北斗处理模块、GPS处理模块、扩展板模块。

天线模块中含北斗接收天线，用于接收北斗卫星下行信号；北斗发射天线，用于将信号发射至天空中的北斗卫星；GPS接收天线，用于接收GPS卫星下行信号。

由于接收信号的两个频率相差很大，难以用一个天线来实现，所以我们设计成两个接收天线，在物理结构上，我们将三个天线有机的结合起来。

北斗/GPS一体化天线主要技术指标如下：

1)北斗发射天线：

2)北斗接收天线：

3)GPS接收天线：

北斗接收天线接收的北斗卫星下行信号，经滤波器滤波、北斗低噪声放大器放大之后，得到2491.75MHz北斗下行射频导航信号，送至射频通道模块中，射频通道模块包括：接收部分、发射部分和本振部分。如图1所示的射频通道模块中的虚框部分。

接收部分接收从天线模块送入的2491.75MHz北斗下行射频导航信号，经过下变频、滤波和放大，之后将中频信号(12.24MHz)送入北斗处理模块。

发射部分将北斗处理模块发来的4.08MHz的发射数据进行BPSK调制，滤除各种带外杂波后，上变频至1615.68MHz后发往北斗功率放大器。

另外，射频通道模块收发所用的时钟基准，均由本振提供。本振由48.96MHz的VCXO温补晶振经锁相倍频产生，该晶振还做为北斗处理模块工作时所需的时钟，并且由北斗处理模块根据北斗授时精度进行频率微调，已达到长期工作的稳定性。

GPS接收天线接收到的GPS卫星下行信号，经GPS低噪声放大器滤波、放大之后，送至GPS处理模块，GPS处理模块进行定时和授时。

北斗12.24MHz的中频信号通过射频通道模块送入北斗处理模块。所述北斗处理模块包括北斗基带处理单元和北斗信息处理单元，北斗基带处理单元将所述中频信号进行解扩、解调、译码，译码后的数据通过地址线、数据线送往北斗信息处理单元；

北斗信息处理单元接收北斗基带处理单元的信号功率，实时判断北斗信号功率的强弱。进一步的，北斗信息处理单元接收到北斗基带处理单元的帧时标提取信号，做为北斗信息处理单元的时标信号。进一步的按照卫星下行信号格式进行解包，根据广播信息获取时间信息和位置信息，并通过串口输出；由串口将待发送定位、定时信息送入北斗基带处理单元，在北斗基带处理单元中重新编码后送入射频通道模块的发射部分，经过北斗功率放大器进行功率放大后经由北斗发射天线向空间的卫星辐射。

北斗信息处理单元产生定位与授时信息，并发送至扩展板模块。GPS处理模块采用LEA-5T，接收GPS信号，可连续获得定位信息以及定时结果，发送至扩展板模块。扩展板模块收到北斗信息处理单元的定位和授时信息，以及GPS处理模块的定位和授时信息，根据用户的设定，选择输出GPS或是北斗的定位以及定时结果。所述扩展板模块包括：电源部分、接口电路部分、微电路信息处理部分。

电源部分：主要使用TI的电源芯片，将12V转为5V，供通道模块使用。通过TPS5430芯片，将5V转为3.3V；通过TPS76918芯片，将3.3V转为1.8V，通过TPS76912芯片，将3.3V转为1.2V。供北斗主板使用。

接口电路部分：主要包括整机的对外接口，串口、1pps接口、天线接口等。另外，北斗处理模块和GPS处理模块，将其定位和授时结果送至扩展板模块。

微电路信息处理部分：根据从北斗处理模块和GPS处理模块收到的北斗和GPS完好性信息，判断输出精度更高的定位和授时信息。如当北斗没有信号时，***自动切至GPS 工作模式；当GPS没有信号时，***自动切换至北斗工作模式。

天线模块中的低噪声放大器包括GPS低噪声放大器和北斗低噪声放大器两种。分别用于完成对接收的北斗信号和GPS信号的前置滤波、低噪声放大。低噪声放大器采用内馈电方式从射频模块获得直流电源。

在GPS低噪声放大器的设计中，为了有效提高收发隔离，防止北斗发射信号对GPS接收通道的阻塞，在输入端加了一级抗阻塞滤波器，及降低第一级放大器的增益和提高其线性输出功率等措施来有效抑制北斗的发射射频信号对接收信道的干扰。

GPS低噪声滤波器的主要技术指标如下：

北斗低噪声放大器主要技术指标如下：

北斗低噪声放大器的收发隔离措施：在北斗低噪声放大器的设计中，为了有效提高收发隔离，防止北斗发射信号对北斗接收通道的阻塞，在输入端也加了一级抗阻塞滤波器，有效抑制北斗的发射射频信号。该滤波器的主要技术指标如下：

北斗功率放大器技术指标如下：

实施例2

如图2所示，所述北斗基带处理单元包括A/D子单元、下变频子单元、Sin/Cos子单元、相关子单元、码跟踪子单元、载波跟踪子单元、信号功率处理子单元、帧时标提取子单元、维特比译码子单元；所述A/D子单元接收由射频通道模块输出的12.24MHz的中频信号，将该中频信号转化为数字中频信号；所述下变频子单元接收该数字中频信号和复现的载波信号，对该数字中频信号进行载波剥离，产生零频的同相(I)和正交相(Q)的采样数据，所述复现的载波信号由载波NCO(数控振荡器)以及Sin/Cos子单元产生；

所述相关子单元包括伪码相关器组和伪码发生器，伪码NCO(设置在码跟踪子单元)和伪码发生器产生复现码：超前(E)复现码、即时(K)复现码和滞后(L)复现码；同相(I)和正交相(Q)采样数据送入所述伪码相关器组，与所述的复现码进行相关计算，产生相关后的超前码(E)、即时码(K)和滞后码(L)。

在初始信号的搜索阶段，所述信号功率处理子单元用于判断相关后的超前码(E)、即时码(K)和滞后码(L)的功率是否大于预先设定的阀值，只要超前码(E)、即时码(K)和滞后码(L)其中之一的功率大于预先设定的阀值，则表示信号已经初同步；如果都小于预先设定的阀值，则所述信号功率处理子单元向伪码发生器发出控制信号，致使超前复现码、即时复现码和滞后复现码与卫星信号产生相对滑动，继续进行搜索，直至信号初同步。

所述码跟踪子单元包括码环鉴别器、码环滤波器、伪码NCO，码环鉴别器用于接收超前码(E)和滞后码(L)，如果即时码(K)和卫星信号是对准的，那么，超前码(E)和滞后码(L)的功率应该相等，码环鉴别器不产生误差信号；如果即时码(K)没有和卫星信号对准，那么超前码(E)和滞后码(L)的功率不相等，而功率偏差与码的偏差成正比，这个偏差经过码环滤波器后加到伪码NCO上，使伪码NCO的输出频率做必要的增加或减小，从而完成了本地复现码对卫星信号的精确跟踪。

所述载波跟踪子单元包括载波环鉴别器、载波NCO、载波环滤波器。载波环鉴别器接收相关后的即时码(K)得到载波的频率和相位偏差，这个偏差经过载波环滤波器，载波环滤波器输出调整信号，调整信号加载到载波NCO和伪码NCO上，载波NCO和伪码NCO的输出频率根据该调整信号进行增加或者减小，从而完成了本地复现载波频率和相位对卫星信号的精确跟踪，实现了卫星数据的解扩。由于北斗一代是OQPSK调制，恢复出了载波的准确相位，即可以解调出数据。

所述帧时标提取子单元根据解扩后的卫星数据序列里每隔固定时间的巴克码提取帧时标信号。

所述维特比译码子单元用于对同步后的卫星数据序列，进行译码前的数据存储、维特比译码、以及译码后数据处理及存储。经过维特比译码子单元译码后的数据通过地址线、数据线送往北斗信息处理单元；其中，北斗基带处理单元中的现场可编程门阵列选用XC3S1500-4FG456I集成电路。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，其特征在于，包括天线模块、射频通道模块、北斗处理模块、GPS处理模块、扩展板模块；

所述天线模块包括北斗接收天线，用于接收北斗卫星下行信号，经滤波器滤波、北斗低噪声放大器放大之后，得到北斗下行射频导航信号；北斗发射天线，接收北斗功率放大器传来的信号，将该信号发射至天空中的北斗卫星；GPS接收天线，用于接收GPS卫星下行信号；

2.根据权利要求1所述的北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，其特征在于，所述扩展板模块包括：电源部分、接口电路部分、微电路信息处理部分。

3.根据权利要求1北斗卫星与GPS卫星双模定位授时型接收机，其特征在于，所述北斗基带处理单元包括A/D子单元、下变频子单元、Sin/Cos子单元、相关子单元、码跟踪子单元、载波跟踪子单元、信号功率处理子单元、帧时标提取子单元、维特比译码子单元。