CN105259558B - 一种基于北斗rd功能的半双工伪卫星装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于北斗RD功能的半双工伪卫星装置及其工作方法，装置包括：天线单元、射频单元、基带单元、控制处理单元、RD处理收发单元、电源单元，以及内部时钟、外部时钟接口和与外部数据传输的各类接口；其中，天线单元与射频单元相连，射频单元与基带单元相连，控制处理单元分别与天线单元、射频单元、基带单元、RD处理收发单元相连，电源单位为装置中各个部件提供电源，内部时钟分别为控制处理单元和基带单元提供时钟，外部时钟接口分别与射频单元、基带单元相连。装置的工作方法包括三种工作状态：伪卫星工作状态、转发工作状态、监测状态。

Description

一种基于北斗RD功能的半双工伪卫星装置及其工作方法

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于北斗RD功能的半双工伪卫星装置及其工作方法。

背景技术

作为卫星导航***的重要补充，伪卫星显著增强了卫星定位的几何图形结构，提高了卫星导航***的可用性、稳定性和可靠性。相较于卫星导航***高昂的制造和使用成本，伪卫星造价低廉，维修方便等优势使之成为增强甚至替代卫星导航***的主要技术手段。目前我国北斗卫星导航***正处于补星的阶段，用户在使用过程中难免遇到干扰、星座分布不良等情况，对整个***的稳定性和可靠性都有较大影响。通过引入伪卫星技术可以有效的解决现存问题，并对以后的***也具有辅助功能。

然而，由于伪卫星造价低廉，不可能配备精度比较高的时钟，这样在使用过程中就会随着时间产生钟漂误差，且各个伪卫星的这个误差也不尽相同，从而带来较大的位置定位误差。为此，目前多采用光纤等有线数据传输方式实现对伪卫星的管理控制和时间同步，同时还涉及到为伪卫星配备可接收监测其信号质量的监测站。这些技术的应用上存在成本较高与技术复杂的问题，实际应用上存在较大困难。

发明内容

为了提高卫星导航***服务质量，减少位置定位误差，扩大伪卫星技术的应用范围，增强了其功能和适用性，本发明提出了一种基于北斗RD功能的半双工伪卫星装置及其工作方法。

装置包括：天线单元、射频单元、基带单元、控制处理单元、RD处理收发单元、电源单元，以及内部时钟、外部时钟接口和与外部数据传输的各类接口；其中，天线单元与射频单元相连，射频单元与基带单元相连，控制处理单元分别与天线单元、射频单元、基带单元、RD处理收发单元相连，电源单位为装置中各个部件提供电源，内部时钟分别为控制处理单元和基带单元提供时钟，外部时钟接口分别与射频单元、基带单元相连。

所述天线单元包括第一天线、第二天线、天线控制器，第一天线作为伪卫星的播发天线，第二天线作为卫星信号的接收天线，控制处理单元向天线控制器发出的控制指令，选择不同的收发策略，实现临时寄存收到的导航电文或准备播发的导航电文，对收到的信号进行简易滤波预处理后，发给射频单元处理。

所述基带单元包括：基带数字中频单元、D/A转换单元、A/D转换单元，可将控制处理单元发送过来的伪卫星位置、时间信息、导航参数生成数字中频信号，并经过D/A转换生成模拟中频信号发送给射频单元；也可将射频单元发送过来的模拟中频信号经过A/D转换为数字中频信号，发送给控制处理单元。

所述控制处理单元控制装置中各个部件工作，并负责控制和切换装置的三种工作状态：伪卫星工作状态、转发工作状态、监测状态。

所述RD处理收发单元包括：RD收发单元和RD数据处理单元，用于发送时间校验信息与运管中心时间以及伪卫星位置信息进行校验，保证伪卫星信号播发的正常、伪卫星信号的稳定和定位信息的正确性。

装置的工作方法包括三种工作状态：伪卫星工作状态、转发工作状态、监测状态；

在装置处于伪卫星工作状态时，控制处理单元根据已经预设好的伪卫星位置、时间信息、导航参数调取给基带单元，基带单元中的基带数字中频单元将其生成数字中频信号，经过D/A转换生成模拟中频信号发给射频单元用于生成射频信号，经过已经设置好工作策略的天线控制器并经天线单元放大，播发给用户终端；当到达内部时钟预设的时间时，RD处理收发单元将伪卫星的工作参数通过短报文的形式发送给运管中心，运管中心经过处理校验数据后发出控制指令或校验信息，装置收到后进行解析对比，如果出现偏差，装置将再次发送该信息进行校验；

在装置处于转发工作状态时，天线单元接收卫星信号，由控制处理单元中的寄存器寄存完整的卫星导航电文信息后，在下一个周期经天线单元定向播发，从而为没有卫星信号或信号质量较差的区域提供信号转发服务；

在装置处于监测状态时，天线单元接收北斗卫星导航信号，经过处理解析电文信息，并按照规定格式进行编排，将运管中心所需要的卫星运行状态、播发电文形成短报文，发送至运管中心，运管中心对收到的短报文进行解析，分析北斗卫星运行状态和当地的信号情况，从而起到地面监测站的作用。

本发明的有益效果在于：提供一种可通过北斗短报文远程监测控制的半双工伪卫星装置设计方案，通过半双工的天线单元、RD数据收发与处理单元设计，实现了可接收北斗卫星导航信号，播发自身伪卫星导航信息，同时还可以通过RD短报文功能，实现与北斗卫星***的数据互通，实现无人管理的功能；改变了伪卫星的工作方式和管理方式，减少了人工成本。一方面伪卫星可以通过播发导航电文信息提高卫星导航***服务质量，同时也可以作为转发或监测设备对卫星信号进行相应的解析和操作，扩大了伪卫星技术的应用范围，增强了其功能和适用性。

附图说明

图1为伪卫星装置的工作链路结构图；

图2为天线单元的结构框图；

图3为伪卫星装置的基本结构图；

图4为RD处理收发单元工作流程图；

图5为伪卫星装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

本发明提出了一种基于北斗RD功能的半双工伪卫星装置及其工作方法。本发明的伪卫星装置的工作链路如图1所示。装置如图2所示，包括：天线单元、射频单元、基带单元、控制处理单元、RD处理收发单元、电源单元，以及内部时钟、外部时钟接口和与外部数据传输的各类接口。天线单元通过不同的天线接收不同的导航信息，通过天线控制器控制两个不同的天线接收和播发。射频单元与基带单元主要完成信号的处理解析，当装置处于不同的工作状态，其解析方式也有所不同。控制处理单元作为伪卫星装置的大脑，主要协调各部件工作，同时依据RD处理收发单元收到运管中心发送的控制指令做相应的工作状态转换，主要的工作状态有：关机、待机、播发、监测、转发五个状态。配合运管中心的控制管理软件，可实现伪卫星位置、报文信息、工作状态和参数的上报显示、工作参数调整、异常报警等功能。

由于大部分的伪卫星多是布设在楼宇顶端或山体上等较高处，维护和管理不易；且有线连接的方式很容易因人为、自然等原因造成链路断开，造价和维护成本较高。通过北斗RD功能，可以在固定周期向运管中心反馈伪卫星装置的各项信息，方便对伪卫星状态的监控显示与远程管理，大大降低了人工和材料费用，同时可以依托由运管中心反馈的伪卫星信息，附加相应的通信协议信息，实现对伪卫星的控制。

天线单元结构如图3所示，包括：第一天线、第二天线、天线控制器。第一天线作为伪卫星的播发天线，第二天线作为卫星信号的接收天线，天线控制器根据控制处理单元发出的控制指令，选择不同的收发策略，主要实现临时寄存收到的导航电文或准备播发的导航电文，并对收到的信号进行简易滤波预处理，方便后期射频单元对信号的处理。

在装置处于伪卫星工作状态时，控制处理单元根据已经预设好的伪卫星位置、时间信息、导航参数等数据调取给基带单元，基带的数字中频将其生成数字中频信号，经过D/A转换生成模拟中频信号，射频单元生成射频信号，经过已经设置好工作策略的天线控制器经天线放大，播发被用户终端。当到达内部时钟预设的时刻，RD处理收发单元将伪卫星的工作参数等信息通过短报文的形式发送给运管中心，运管中心经过处理校验数据做出发出的控制指令或校验信息，伪卫星装置收到后进行解析对比，如果出现偏差，伪卫星将再次发送该信息进行校验，经运管中心确认再次收到后伪卫星进行相应的操作。

在装置处于转发工作状态时，第二天线接收卫星信号，由寄存器寄存完整的卫星导航电文信息后，与下一个周期经第一天线定向播发，从而为没有卫星信号或信号质量较差的区域提供信号转发服务；

在装置处于监测状态时，第二天线接收北斗卫星导航信号，经过处理解析电文信息，并按照规定格式进行编排，将运管中心所需要的卫星运行状态、播发电文等参数形成短报文，发送至运管中心，运管中心对收到的短报文进行解析，分析北斗卫星运行状态和当地的信号情况，从而起到地面监测站的作用。

图4为RD处理收发单元工作流程图，该流程为伪卫星装置处于不同的状态时RD处理收发单元的工作周期略有不同，其中伪卫星状态下频率最高，监测状态时频率最低，具体的数值需与配套的管理***协定，每隔一定时间伪卫星装置向运管中心发送短报文信息，附加其自身的运行状态信息。装置上电后通过已存储的播发策略RD处理收发单元向运管中心发送伪卫星位置、时间、电文等信息数据，交由运管中心处理分析数据，确定信息正确性。如果信息确认无误，伪卫星收到反馈的信息后进行解析确认，而后内部时钟开始计时，下一个播发时刻再次进行数据的播发；如果运管中心确认的信息出现问题，经由解析后，控制处理单元确认收到运管中心反馈的更正信息，再次发送原数据进行二次确认，运管中心反馈修改信息，伪卫星进行相应偏差数据修改，并重置内部时钟，执行新的播发策略，RD处理收发单元进入周期性信息播发。

图5为伪卫星装置工作的流程图，伪卫星装置供电之后，根据相应的运行模式，进入不同工作模式。当处于伪卫星工作模式时，第二天线周期性接收完整的卫星电文信息，经射频模块转化为模拟中频信号，经A/D模块转化为数字信号，经基带单元进行处理解析，计算出北斗卫星的观测量和导航电文数据，计算北斗***与伪卫星***的时间差，对伪卫星装置进行时间和电文信息的校正；其余时刻，控制单元生成伪卫星播发数据，通过解析B1和B3频点数据完成伪码调制，D/A模块将播发电文数字信号转化为模拟信号，射频模块将模拟中频信号转化为射频信号，经由第一天线向指定区域和方向进行播发，增加区域内用户可见星数量，增强北斗***服务性能。当处于伪卫星转发工作模式时，第二天线实时接收北斗卫星播发的导航电文信息，当遇到第一天线工作时，则将接收到的数据保存至寄存器中，经过一系列的转化和解算，控制单元对收到的北斗卫星导航电文信息进行比对，进过数据信息的调整，生成适合该伪卫星播发的电文信息，同样进行B1和B3的伪码调制，数字信号转模拟信号，再转为射频信号，经第一天线对卫星信号无法到达的区域进行转发。当处于监测站模式时，第二天线接收到的北斗卫星数据，经过射频信号转中频信号，模拟信号转数字信号，基带处理单元的解析处理后，提取北斗卫星的观测量和导航电文数据，控制单元生成运管中心所需的北斗卫星监测数据，通过RD处理收发单元进行播发，从而实现对北斗卫星的实时监测；第一天线在相应的控制策略下，也可以接收其他伪卫星播发的电文信息，从而进行对伪卫星的实时监测。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于北斗RD功能的半双工伪卫星装置，其特征在于，包括：天线单元、射频单元、基带单元、控制处理单元、RD处理收发单元、电源单元，以及内部时钟、外部时钟接口和与外部数据传输的各类接口；其中，天线单元与射频单元相连，射频单元与基带单元相连，控制处理单元分别与天线单元、射频单元、基带单元、RD处理收发单元相连，电源单元为装置中各个部件提供电源，内部时钟分别为控制处理单元和基带单元提供时钟，外部时钟接口分别与射频单元、基带单元相连；

所述装置的工作方法包括三种工作状态：伪卫星工作状态、转发工作状态、监测状态；

在装置处于伪卫星工作状态时，控制处理单元根据已经预设好的伪卫星位置、时间信息、导航参数调取给基带单元，基带单元中的基带数字中频单元将其生成数字中频信号，经过D/A转换生成模拟中频信号发给射频单元用于生成射频信号，经过已经设置好工作策略的天线控制器并经天线单元放大，播发给用户终端；当到达内部时钟预设的时间时，RD处理收发单元将伪卫星的工作参数通过短报文的形式发送给运管中心，运管中心经过处理校验数据后发出控制指令或校验信息，装置收到后进行解析对比，如果出现偏差，装置将再次发送该信息进行校验；

在装置处于转发工作状态时，天线单元接收卫星信号，由控制处理单元中的寄存器寄存完整的卫星导航电文信息后，在下一个周期经天线单元定向播发，从而为没有卫星信号或信号质量较差的区域提供信号转发服务；

在装置处于监测状态时，天线单元接收北斗卫星导航信号，经过处理解析电文信息，并按照规定格式进行编排，将运管中心所需要的卫星运行状态、播发电文形成短报文，发送至运管中心，运管中心对收到的短报文进行解析，分析北斗卫星运行状态和当地的信号情况，从而起到地面监测站的作用。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述天线单元包括第一天线、第二天线、天线控制器，第一天线作为伪卫星的播发天线，第二天线作为卫星信号的接收天线，控制处理单元向天线控制器发出的控制指令，选择不同的收发策略，实现临时寄存收到的导航电文或准备播发的导航电文，对收到的信号进行简易滤波预处理后，发给射频单元处理。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述基带单元包括：基带数字中频单元、D/A转换单元、A/D转换单元，可将控制处理单元发送过来的伪卫星位置、时间信息、导航参数生成数字中频信号，并经过D/A转换生成模拟中频信号发送给射频单元；也可将射频单元发送过来的模拟中频信号经过A/D转换为数字中频信号，发送给控制处理单元。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述控制处理单元控制装置中各个部件工作，并负责控制和切换装置的三种工作状态：伪卫星工作状态、转发工作状态、监测状态。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述RD处理收发单元包括：RD收发单元和RD数据处理单元，用于发送时间校验信息与运管中心时间以及伪卫星位置信息进行校验，保证伪卫星信号播发的正常、伪卫星信号的稳定和定位信息的正确性。