CN104407364A - 高精度测量型北斗用户机 - Google Patents
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Abstract
一种高精度测量型北斗用户机，其特征是：由北斗接收机、零电气相位中心天线、外接显控器、差分信息接收设备和锂电池组成，北斗接收机分别以RS232串口数据线与差分信息接收设备和外接显控器连接，北斗接收机以射频同轴电缆与零电气相位中心天线连接；高精度测量软件运行在北斗接收机的硬件平台上。本发明利用北斗卫星载波相位差分测量技术，实现快速高精度测量的方法。该高精度测量型北斗用户机利用北斗卫星载波相位差分测量技术，可以大范围地保证测量精度，操作简单，保障速度快，是一种较好的解决大作战地域快速测地保障的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速高精度精确定位的高精度测量型北斗用户机。
背景技术
目前，测定高精度位置的方法主要有：惯性定位定向导航***、导线法、GPS载波相位差分法。
惯性定位定向导航***是利用陀螺本身的物理特性和地球自转的影响，实现自动寻找真北方向和位置，具有自主能力强，精度高，隐蔽性和抗干扰性强等优点。但也存在价格昂贵、体积较大、依赖已知点、标校复杂、作业准备时间长等缺点。
导线法是从已知点用高精度测角器材、测距器材采用连续测量完成，为保证较好的通视性和测量精度，一般每条导线边长都尽量控制在1km左右，因而导线法主要问题是操作复杂、耗费人力、保障时间长，对生疏地域保障难度更大。
GPS载波相位差分法是GPS接收机接收GPS基准站播发的载波相位差分改正数，利用GPS载波相位差分技术消除随机误差和***误差影响，如卫星轨道误差、卫星钟误差、电离层误差、对流层误差和地球自转、测量噪声等，从而提高定位精度。但是GPS导航信息受控于国外卫星，且易被干扰，特别是一旦发生战争，使用极不可靠。
发明内容
为了克服现有高精度定位方法和装备的不足，本发明提供一种新的高精度定位方法和设备，该方法和设备能快速、准确测定出需要的位置，且价格便宜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高精度测量型北斗用户机，其特征是：由北斗接收机、零电气相位中心天线、外接显控器、差分信息接收设备和锂电池组成，北斗接收机分别以RS232串口数据线与差分信息接收设备和外接显控器连接，北斗接收机以射频同轴电缆与零电气相位中心天线连接；高精度测量软件运行在北斗接收机的硬件平台上。
通过接收BD-2卫星播发的RNSS导航信号（B1、B3）和接收GPS卫星播发的导航信号（L1），实现北斗RNSS定位和GPS定位功能；通过差分信息接收设备接收北斗基准站播发的伪距差分信息和载波相位差分信息，实现北斗伪距差分定位和载波相位差分高精度测量功能。
本发明的有益效果是：利用北斗二号卫星导航***，实现了野战条件下快速、高精度、低成本的定位手段。
附图说明
图1 本发明的整体构成框图；
图2是本发明北斗接收机的构成框图；
图2-1是射频通道处理模块的设计框图；
图2-2是射频通道处理模块功能框图；
图2-3是基带信号处理部分的实现框图；
图2-4是ARM结构框图；
图2-5 信息处理模块的实现框图；
图3是本发明信息处理流程图；
图3-1是***设置及初始化流程图；
图3-2是设置BP207捕获流程图；
图3-3是读取导航电文流程图；
图3-4是读取观测量流程图；
图3-5是IC芯片信息交互流程图；
图3-6是PRM信息交互流程图；
图3-7是电文解析流程图；
图3-8是单点定位流程图；
图3-9是伪距差分定位流程图；
图3-10是载波相位差分定位流程图。
附图标记说明：1、零电气相位中心天线；2、外接显控器；3、北斗接收机；4、差分信息接收设备。
具体实施方式
参见图1-图3-10，本发明一种高精度测量型北斗用户机，由北斗接收机3、零电气相位中心天线1、外接显控器2、差分信息接收设备4和电源组成，北斗接收机3分别以RS232串口数据线与差分信息接收设备4和外接显控器2连接，北斗接收机3以射频同轴电缆与零电气相位中心天线1连接。高精度测量软件运行在北斗接收机3的硬件平台上。
所述的北斗接收机3包括双通道射频模块、基带信号处理模块、信息处理模块、PRM模块和保密模块，双通道射频模块的输入端与零电气相位中心天线1连接，双通道射频模块的输出端与基带信号处理模块的对应端连接，在基带信号处理模块的其他端口还分别与信息处理模块、PRM模块和保密模块连接，信息处理模块与外接显控器2和实时钟电路连接。
本发明在应用时，将一台北斗差分基准站的零电气相位中心天线架设在精确已知的点位上，一台本发明的零电气相位中心天线1架设在待测量点上，两台设备分别开机，将本发明的工作模式设置在载波相位差分模式，北斗基准站开始发播北斗载波相位差分信息，待本发明定位后，输出定位信息在本发明外接显控器2上显示，此结果即为待测点的精确位置。
工作时，北斗接收机自动接收北斗卫星信号，实现单点定位，差分信息接收设备接收到北斗基准站播发的差分信息后，通过RS232串口传给北斗接收机，北斗接收机自动转入载波相位差分定位，此时的定位结果精度较高（水平 （10mm+110-6D），高程（20mm+210-6D），北斗接收机将定位结果通过RS232串口传给外接显控器2显示。北斗接收机3以ARM处理器为核心、集成有北斗基带芯片BP2007，操作***采用Windows CE6.0。
本发明利用北斗卫星载波相位差分测量技术，实现快速高精度的测地保障，北斗用户机3可自动接收北斗卫星信号，实现单点定位；差分信息接收设备4接收到北斗基准站播发的差分信息后，北斗用户机3自动转入载波相位差分定位；高精度测量软件具有卫星捕获、跟踪、自动选星、单点定位、伪距差分定位和载波相位差分定位功能。
本发明中各模块硬件设计和工作原理详述如下：
1）双通道射频模块：
参见图2-2，双通道射频模块采用二次变频方法，由低噪声放大器(LNA)、镜像抑制射频混频器(RF Mixer)、中频可变增益放大器(IF VGA)、中频混频器(IF Mixer)、低通滤波器(LPF)、自动增益控制电路(AGC)和数-模转换电路(AD)组成。
2）基带信号处理模块：
参见图2-3，基带信号处理模块的16路接收通道按照信息处理模块的配置，对应接收B1/L1、B3频点的中频导航信号。中频信号分别经过A/D变换转换成数字量，首先进入精密测距码直捕模块，实现精密测距码的直接捕获，并提供载波多普勒的估计值，然后进入各个接收通道，与恢复的本地数字载波和本地伪码进行相关处理，完成导航信号载波和伪码的二维捕获；之后进入跟踪状态，根据积分观测量实时计算载波环和码环的跟踪误差，维持信号的精密跟踪；搜索帧同步头，验证帧同步后解调出原始导航电文，经解交织、译码、电文转换、解密后得到可用的导航电文，与从跟踪环路中提取出的伪距、载波相位及多普勒观测量一起，送到后面的信息处理模块。
3）信息处理模块：
参见图2-5，信息处理模块是本机的处理核心。根据实时钟模块提供的时间信息和卫星星历参数，确定需要捕获的卫星信号，配置相应的基带信号处理模块通道；通道捕获结束后，在跟踪状态下，确定合理的定位模式，由基带信号处理模块提供的伪距、载波相位及多普勒观测量，解算出用户机当前的位置、速度、钟差和钟差变化率，实现北斗/GPS多种工作模式下定位、授时功能；根据差分信息接收设备提供的北斗伪距差分信息和载波相位差分信息，实现北斗伪距差分定位和载波相位差分高精度测量功能；根据解算出的钟差参数修正RTC的时间，并修正基带信号处理模块的秒脉冲，实现授时功能。
信息处理模块核心处理器选用了三星公司的ARM芯片S3C6410XH-66，该芯片是一款16/32位低成本、低功耗、高性能的RISC微处理器。芯片支持丰富的存储器接口，如DDR 、SDRAM、FLASH和ROM等，此外片内还集成了UART、USB、SD和IIC等多种设备控制器，能够满足本***设计需要。ARM结构框图如图2-4所示。
4）外接显控器、实时钟模块、电源及电池模块、PRM模块与保密模块：
外接显控器通过人机界面，接收操作人员的指令，实现对主机的控制功能，接收主机发送的位置等信息并显示。
实时钟模块不间断加电，在高精度晶体振荡器提供的频率信号驱动下，维持时钟的运转，为整机开机时提供当前时间，从而保证精密测距码直捕功能的实现。
电源及电池模块为整机各工作模块提供各种稳定的直流电源。
PRM模块与保密模块是专用模块，为用户机提供各种相关的参数。
本发明的总的信息处理流程如图3所示，通过BD-2卫星播发的RNSS导航信号（B1、B3）和接收GPS卫星播发的导航信号（L1），进行卫星位置计算；卫星与地面距离计算；通过差分信息接收设备接收北斗基准站播发的伪距差分信息和载波相位差分信息，实现北斗伪距差分定位和载波相位差分高精度测量功能。
图3中的信息处理流程各步骤的具体工作流程如下：
1、***设置及初始化流程如图3-1所示；
2、设置BP207捕获流程如图3-2所示；
3、读取导航电文流程如图3-3所示；
4、读取观测量流程如图3-4所示；
5、IC芯片信息交互流程如图3-5所示；
6、PRM信息交互流程如图3-6所示；
7、电文解析流程如图3-7所示；
8、单点定位流程如图3-8所示；
9、伪距差分定位流程如图3-9所示；
10、载波相位差分定位流程如图3-10所示。
Claims (3)
1.一种高精度测量型北斗用户机，其特征是：由北斗接收机、零电气相位中心天线、外接显控器、差分信息接收设备和锂电池组成，北斗接收机分别以RS232串口数据线与差分信息接收设备和外接显控器连接，北斗接收机以射频同轴电缆与零电气相位中心天线连接；高精度测量软件运行在北斗接收机的硬件平台上。
2.根据权利要求1所述的高精度测量型北斗用户机，其特征在于，所述的北斗接收机包括双通道射频模块、基带信号处理模块、信息处理模块、PRM模块和保密模块，双通道射频模块的输入端与零电气相位中心天线连接，双通道射频模块的输出端与基带信号处理模块的对应端连接，在基带信号处理模块的其他端口还分别与信息处理模块、PRM模块和保密模块连接，信息处理模块与外接显控器和实时钟电路连接。
3.根据权利要求1所述的高精度测量型北斗用户机，其特征在于，工作时，北斗接收机自动接收北斗卫星信号，实现单点定位；差分信息接收设备接收到北斗基准站播发的差分信息后，通过RS232串口传给北斗接收机，北斗接收机自动转入载波相位差分定位，北斗接收机将定位结果通过RS232串口传给外接显控器显示。
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