CN102305933A - 北斗gps双模授时接收设备及控制方法 - Google Patents

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刘忠华
龚力
李大勇
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Abstract

本发明的北斗GPS双模授时接收设备涉及一种卫星信号接收装置。包括双模一体式天线，射频信号功分器，GPS一体化模块，北斗一号射频模块，北斗一号信息处理模块，双模授时融合与自动切换模块，及供电模块。目的是实现对不同卫星导航***的授时、定位信号的选择和切换，提供了定时、定位信号的高可用性。提供一种利用本接收设备进行北斗一号卫星无源定位的控制方法。

Description

北斗GPS双模授时接收设备及控制方法
技术领域
本发明涉及一种卫星导航定位接收设备和定位方法，特别是涉及一种用于接收卫星授时信号的设备和利用其进行定位的方法。
背景技术
卫星导航***主要用于定位、导航和授时，目前处于实用阶段和试验阶段的卫星导航定位***有美国的全球定位***(GPS)、俄罗斯的GLONASS，欧洲的“伽利略”和中国的“北斗一号”卫星导航***。
随着电子技术和计算机技术的快速发展，各行各业都需要高精度的时钟源作为本行业内各通信***的基准时钟或重要参考时钟，而导航卫星上安装的原子钟具有很高的时间精度，可以达到20至100纳秒，能够满足各***时钟源的需要。
GPS具有覆盖范围广，授时精度高的特点，但由于为美国军方控制，针对军事、通信、电力、金融、航空等领域高精度时间同步的需求，存在潜在风险，可能在关键时期出现信号不可用或信号精度变差的情况。
北斗一号属于区域定位***，目前只能为中国以及周边地区提供定位服务，属于有源定位***，***容量有限，定位终端比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于接收北斗一号和GPS两种导航卫星***的授时信号的接收设备，用于解决接收单一授时信号在极端情况下信号可靠性差的问题。
本发明的目的是提供一种利用本接收设备实现北斗一号卫星信号无源定位的方法。
本发明的北斗GPS双模授时接收设备，包括双模一体式天线，射频信号功分器，GPS一体化模块，北斗一号射频模块，北斗一号信息处理模块，还包括双模授时融合与自动切换模块，射频信号功分器将双模一体式天线接收的射频信号等分为两路射频信号，一路传送至GPS一体化模块输出定时信号，另一路传送至北斗一号射频模块，经北斗一号信息处理模块处理后输出定时信号，双模授时融合与自动切换模块根据***对授时信号精度的要求，调整GPS授时信号和北斗一号授时信号的主用/备用状态，输出定时信号。
北斗一号射频模块包括一级混频器和二级混频器，射频信号经过二级混频处理，得到中频信号。
北斗一号射频模块包括一级低噪声带通滤波器，二级低噪声带通滤波器，用于滤除一级混频器和二级混频器产生的中频信号中的高频谐波分量。
北斗一号信息处理模块包括可编程数字逻辑电路，用于将中频信号中的数据进行解码，并将数据传送至数字信号微处理器进行解算。
北斗一号信息处理模块包括压力温度传感器，将所处位置的气压、温度数据传送至数字信号微处理器进行解算。
利用本发明的北斗GPS双模授时接收设备进行北斗一号卫星信号无源定位的方法，步骤包括：
通过双模一体式天线，接收北斗一号不同卫星的授时广播射频信号，获得到达当前位置的时间差值；
通过压力温度传感器获得当前位置的大气压力值；
通过压力温度传感器获得当前位置的大气压力的修正值；
经数字信号微处理器转换为当前位置的三维坐标。
利用本发明的北斗GPS双模授时接收设备，可以实现对不同卫星导航***的授时、定位信号的选择和切换，提供了定时、定位信号的高可用性，下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的北斗GPS双模授时接收设备实施例1的结构示意图；
图2为本发明的北斗GPS双模授时接收设备实施例2的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的北斗GPS双模授时接收设备的实施例1包括双模一体式天线01，射频信号功分器02，GPS一体化模块03，北斗一号射频模块04，北斗一号信息处理模块05，双模授时融合与自动切换模块06，及供电模块07。
双模一体式天线01用来同时接收GPS卫星的授时广播射频信号和北斗一号卫星的授时广播射频信号，并将信号传导给射频信号功分器02。
射频信号功分器02一端与双模一体式天线01连接，将接收的射频信号等分为北斗和GPS两路信号，两路讯号幅度各损耗3dB后，分别连接至北斗一号射频模块04和GPS一体化模块03。
GPS一体化模块03，包括集成的RF射频芯片、基带芯片和核心处理器，具有完整的GPS信号接收处理功能，可以最终输出标准的GPS导航定时及授时信息，供双模授时融合与自动切换模块06进行策略选择和定时输出使用。
北斗一号射频模块04，对射频信号进行二次混频滤波，滤除GPS信号和高频调制信号，将信号变为中频信号，中频信号经过模/数转换形成电平信号，传送至北斗一号信息处理模块05进行数字处理，计算出坐标定位信息，定时信息。
双模授时融合与自动切换模块06，连接GPS一体化模块03和北斗一号信息处理模块05，北斗一号信息处理模块04解算出的标准定位、定时信息与GPS一体化模块03输出的定时、定位信息分别传送至双模授时融合与自动切换模块06，完成相关信息，不同来源数据的彼此验证，确保定位数据的可靠性；根据***对授时信号精度的要求，实现最终的授时信号选择、倒换策略以及定时，授时和定位信息的输出。
电源模块07，将输入电压转换为各模块的的工作电压，为各模块提供工作电源和统一的接地点，降低电路中的谐波干扰。
本发明的北斗GPS双模授时接收设备实施例1，可以对不同卫星导航***授时信号的发射强度和精确度进行判断，根据接收信号的可用性调整授时信号的输出，使作为各行业基准时钟的授时信号安全性大幅提高，实现双导航***信号互备份和平滑切换。
通过检测，本发明的北斗GPS双模授时接收设备的1PPS(秒脉冲信号)具体参数如下表：
  精度   脉冲宽度   前沿宽度   前沿抖动
  ≤50ns   30ms   ≤10ns   ≤5ns
授时精度良好，优于单独使用GPS信号时的指标。
如图2所示，本发明的北斗GPS双模授时接收设备实施例2中，北斗一号射频模块04a包括一级混频器041，一级低噪声带通滤波器042，二级混频器043，二级低噪声带通滤波器044，本地温度补偿频标模块045。
本地温度补偿频标模块045提供的较高的振荡信号与射频信号通过一级混频器041，将高频的射频信号首先变为频率较高的第一中频信号，避免***中中频信号的干扰，并通过一级低噪声带通滤波器042过滤信号的谐波分量，然后再将第一中频信号和本地温度补偿频标模块045提供的标准振荡信号通过二级混频器043转变为标准的中频信号，并通过二级低噪声带通滤波器042进一步滤除高频谐波分量。
北斗一号信息处理模块05a包括可编程数字逻辑电路051，数字信号微处理器052和压力温度传感器053。
可编程数字逻辑电路051，对经过数/模转换的中频信号进行伪随机码直接序列扩频信号解码，恢复卫星发射的定时、定位信息；数字信号微处理器052对解码后的信号进行导航解算，在解算过程中将压力温度传感器053获取的气压温度数据带入解算过程。利用北斗一号两颗导航卫星和一颗备用卫星信号到达用户的时间差数据，和根据压力温度传感器053获得的气压和温度数据计算获取的本地高程，就可以实现自主三星无源定位，避免了人工输入高程的误差或人工输入不及时。通过本发明的实施例2，可以简化北斗一号导航***的终端机结构，避免了北斗一号有源定位过程中的“卫星询问-终端请求-主站解算-响应”的过程，使定位时延大大缩短，为利用北斗一号***实现动态导航定位提供了基础。
利用实施例2，实现北斗一号终端无源实时定位的方法，其步骤包括：
通过双模一体式天线01，接收北斗一号不同卫星的授时广播射频信号，获得到达当前位置的时间差值；
通过压力温度传感器053获得当前位置的大气压力值；
通过压力温度传感器053获得当前位置的大气压力的修正值；
经数字信号微处理器052转换为当前位置的三维坐标。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种北斗GPS双模授时接收设备，包括双模一体式天线(01)，射频信号功分器(02)，GPS一体化模块(03)，北斗一号射频模块(04，04a)，北斗一号信息处理模块(05，05a)，其特征在于：还包括双模授时融合与自动切换模块(06)，射频信号功分器(02)将双模一体式天线(01)接收的射频信号等分为两路射频信号，一路传送至GPS一体化模块(03)输出定时信号，另一路传送至北斗一号射频模块(04，04a)，经北斗一号信息处理模块(05，05a)处理后输出定时信号，双模授时融合与自动切换模块(06)根据***对授时信号精度的要求，调整GPS授时信号和北斗一号授时信号的主用/备用状态，输出定时信号。
2.根据权利要求1所述的北斗GPS双模授时接收设备，其特征在于：北斗一号射频模块(04)包括一级混频器(041)和二级混频器(043)，射频信号经过二级混频处理，得到中频信号。
3.根据权利要求2所述的北斗GPS双模授时接收设备，其特征在于：北斗一号射频模块(04)包括一级低噪声带通滤波器(042)，二级低噪声带通滤波器(044)，用于滤除一级混频器(041)和二级混频器(043)产生的中频信号中的高频谐波分量。
4.根据权利要求3所述的北斗GPS双模授时接收设备，其特征在于：北斗一号信息处理模块(05)包括可编程数字逻辑电路(051)，用于将中频信号中的数据进行解码，并将数据传送至数字信号微处理器(052)进行解算。
5.根据权利要求4所述的北斗GPS双模授时接收设备，其特征在于：北斗一号信息处理模块(05)包括压力温度传感器(053)，将所处位置的气压、温度数据传送至数字信号微处理器(052)进行解算。
6.利用权利要求5所述北斗GPS双模授时接收设备进行北斗一号卫星无源定位的方法，步骤包括：
通过双模一体式天线(01)，接收北斗一号不同卫星的授时广播射频信号，获得到达当前位置的时间差值；
通过压力温度传感器(053)获得当前位置的大气压力值；
通过压力温度传感器(053)获得当前位置的大气压力的修正值；
经数字信号微处理器(052)转换为当前位置的三维坐标。
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