一種北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀技術方案

一種北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀，包括電源部分、射頻部分和基帶部分，射頻部分包括：主天線信道和輔天線信道，均支持B1、B3雙頻點的下變頻功能；另外還有B3外接抗干擾天線信道，分別與天線信道和輔天線信道信道中的B3信道進行切換；所述的基帶部分采用2片FPGA和1片DSP的架構，實現信號的捕獲、跟蹤與各類信息處理，為每個天線的信號提供16個跟蹤通道，共32個跟蹤通道，通道能夠根據工作模式，在B1、B3頻點間動態分配。該定位定向儀能夠滿足中低動態使用條件和車載方式使用要求，為載體提供快速、精準的定位、定向信息。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及衛星導航與無線通信領域，特別涉及北斗/GPS雙模差分定位以及北斗雙頻定向設備。
技術介紹
衛星定位定向設備已在國外得到廣泛應用，可裝備到自行火炮、防空武器、雷達、偵察車等，為其提供自主的定位定向導航信息。針對北斗衛星導航系統的定位定向技術國內才剛開始起步，因此對北斗定位定向設備的研究顯得十分必要。?一般國外的衛星定向儀都是使用GPS全球衛星導航系統，采用兩個OEM接收機實現，在其中一個接收機或另外增加處理器實現基線和方位解算。如果是軍用衛星定向儀還需要兩個授權模塊。衛星定向儀接收兩個天線的信號并得到衛星的載波相位測量值，采用一定的算法可以計算出兩個天線的基線向量以及方位，在保證一定基線長度的情況下，定向精度≤2mil?(0.12°)。雙頻定向技術比起單頻定向技術，定向的速度有較大的提高，成功率也有所增加。目前北斗衛星導航系統提供的定位精度優于10米，而為得到更高的定位精度，可以采用北斗差分定位技術：將一臺北斗接收機安置在基準站上進行觀測，再通過數據鏈將基準站已知精密坐標以及偽距載波測量信息實時播發出去；用戶接收機在對北斗衛星觀測的同時，也接收到基準站播發的實時差分數據；根據基準站已知精密坐標和偽距載波觀測量可以計算出基準站到衛星的距離改正數，對接收機的定位結果進行改正，從而提高定位精度。?
技術實現思路
為了能夠滿足中低動態使用條件和車載方式使用要求，為載體提供快速、精準的定位、定向信息，本專利技術提供一種北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀，包括電源部分、射頻部分和基帶部分，上述三部分均安裝在一外殼內，其特征在于：所述的射頻部分包括：第一信道和第二信道，可分別接收第一定向天線、第二定向天線的信號輸入，均支持B1、B3、L1三頻點的下變頻功能；另外第一信道的輸入能夠在外接抗干擾天線與第一定向天線之間進行切換。所述的基帶部分采用2片FPGA和?1片DSP的架構，實現信號的捕獲、跟蹤與各類信息處理，為每個天線的信號提供16個跟蹤通道，共32個跟蹤通道，通道能夠根據工作模式，在B1、B3頻點間動態分配。所述的射頻部分和基帶部分的信號處理過程為：（1）從第一定向天線（或外接抗干擾天線）和第二定向天線接收到信號后，經射頻模塊進行放大、變頻；?（2）基帶部分的信號處理部分利用FPGA對兩個定向天線信號進行捕獲、跟蹤，解調出導航電文，并提供各種測量數據；（3）基帶部分的信息處理部分利用DSP利用偽距、載波相位等測量數據進行定位、定向解算，如接收到差分信息，還可進行差分定位。所述的步驟（1）中的射頻模塊對兩路定向的射頻信號進行放大、功分，并分別進行三頻點的變頻，或者通過設置之后將從抗干擾天線接收到的信號進行放大、功分，分別進行三頻點的變頻。所述的步驟（2）基帶部分中的信號處理部分具有民碼、軍碼直捕功能，僅需1片PRM芯片，即可完成兩個天線信號的軍碼捕獲功能，同時針對定向的需求，利用第一定向天線的載波環路輔助第二定向天線的載波環路跟蹤，提高載波相位測量精度，載波測量精度可達到6‰周。所述的步驟（3）基帶部分中的信息處理部分基于基線長度的約束，利用北斗B1\\B3雙頻載波相位進行整周模糊度的解算，具備單歷元解算整周模糊度的能力，同時，針對靜態定向的需求，利用平差算法，綜合多歷元觀測數據，提高定向精度，3m基線時定向精度優于1mil；同時在收到偽距差分信息的時候，利用偽距差分信息，修正偽距觀測量，從而提升偽距測量精度，最終實現提升定位精度的目的，通過偽距差分定位，定位精度可達到2m精度。所述的電源部分包含電源保護電路，在過流、過壓、欠壓或極性反接時具有自動保護功能；機內電源電路完成從直流電源到各應用電路的DC/DC變換，采用低功耗設計。在所述的射頻部分，采用MAX4373進行天線故障的檢測，通過檢測是否有電流流經該芯片，進而產生一高或低電平，報送給FPGA進行是否故障的判斷。所述的射頻部分和基帶部分集成在一塊PCB板上；多路射頻信道和基帶處理來自同一個時鐘源，實現時鐘同源設計；多路射頻信道的輸出信號經過A/D后進入同一個基帶處理器進行捕獲、跟蹤、測量，真正實現同步測量。所述的外殼包括腔體、底板、安裝角、導光柱和導電膠條，所述的PCB板安裝在腔體內，底板固定在腔體口端；在腔體的周面裝有安裝角、按鈕開關以及各種插座；在對外接口的排布上，與顯控器的接口設在腔體的正面，其余接口排布在腔體的后面；腔體正面設計有指示燈，通過導光柱將PCB板上指示燈燈光導入到腔體正面的指示燈，顯示設備狀態；導電膠條安裝于腔體口端，在確保腔體與底板間密封性能的同時，保持腔體與底板間良好的導電性能，從而保持良好的電磁屏蔽性能。該定位定向儀可以接收兩個天線的北斗?B1、B3以及GPS?L1信號。可以根據要求提供B1單頻、B3單頻、B1/B3雙頻、L1單頻以及B3/L1兼容的定位結果，可以提供B1/B3雙頻定向結果。在有差分基準站信息的情況下提供差分定位結果。本專利技術主要由以下幾個部分組成：腔體、底板、散熱塊、彎角件、導光柱、定位定向處理板、導電膠條、按鈕開關以及各種插座。在對外接口的排布上，與顯控器的接口排布在設備正面，其余接口排布在設備后面，與外部設備的連接非常方便，符合常規使用習慣。定位定向處理單元主要完成北斗B1、B3、GPS多系統組合接收以及定位及定向功能，同時還要完成差分信息接收以及定位定向結果輸出功能。為使定位定向處理單元各功能模塊相對獨立，保證功能模塊具有很好的測試性，根據功能區分采用模塊化設計，將定位定向處理單元分為兩個部分：射頻信道單元、基帶處理單元。射頻信道單元完成北斗B1、B3、GPS?L1頻點射頻到中頻的下變頻。基帶處理單元支持雙天線4路中頻輸入，用一個PRM芯片和一個保密芯片即可完成雙天線的北斗軍碼捕獲跟蹤、信息加解密功能，可實現北斗?B1/B3、GPS接收和處理功能，具備北斗單頻、雙頻、北斗/GPS組合等多種定位模式，支持差分定位。與現有的衛星定位定向儀相比，本專利技術具有以下優點和效果:?1、提供北斗偽距差分定位模式，適應高精度定位的要求。2、采用北斗衛星導航系統的雙頻載波相位定向技術，實現高精度的基線解算、定向功能，定向速度快，成功率高。3、采用主天線輔助副天線的捕獲跟蹤技術，只需一個PRM芯片和一個保密芯片即可實現雙天線軍碼捕獲、跟蹤。4、單板設計：多路射頻信道、基帶處理、定位定向解算集成在一塊PCB板上。附圖說明圖1是本專利技術的定位定向儀的定位定向處理單元硬件模塊構成框圖；圖2是本專利技術的組裝結構示意圖；圖3是本專利技術的外形結構示意圖；圖4是本專利技術的信號處理流程；圖5是本專利技術的FPGA捕獲流程圖；圖6是本專利技術的FPGA跟蹤流程圖。具體實施方式參見圖1和圖2，本專利技術一種北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀，包括：1、硬件設計：主機硬件采用單板集成化設計，包括電源部分、射頻部分A和基帶部分B。電源部分為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀，包括電源部分、射頻部分和基帶部分，上述三部分均安裝在一外殼內，其特征在于：所述的射頻部分包括：第一信道和第二信道，可分別接收第一定向天線、第二定向天線的信號輸入，均支持B1、B3、L1三頻點的下變頻功能；另外第一信道的輸入可以在外接抗干擾天線與第一定向天線之間進行切換；所述的基帶部分采用2片FPGA和?1片DSP的架構，實現信號的捕獲、跟蹤與各類信息處理，為每個天線的信號提供16個跟蹤通道，共32個跟蹤通道，通道能夠根據工作模式，在B1、B3頻點間動態分配。

【技術特征摘要】
1.一種北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀，包括電源部分、射頻部分和基帶部分，上述三部分均安裝在一外殼內，其特征在于：
所述的射頻部分包括：第一信道和第二信道，可分別接收第一定向天線、第二定向天線的信號輸入，均支持B1、B3、L1三頻點的下變頻功能；另外第一信道的輸入可以在外接抗干擾天線與第一定向天線之間進行切換；
所述的基帶部分采用2片FPGA和?1片DSP的架構，實現信號的捕獲、跟蹤與各類信息處理，為每個天線的信號提供16個跟蹤通道，共32個跟蹤通道，通道能夠根據工作模式，在B1、B3頻點間動態分配。
2.根據權利要求1所述的北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀,?其特征在于：所述的射頻部分和基帶部分的信號處理過程為：
（1）從第一定向天線（或外接抗干擾天線）和第二定向天線接收到信號后，經射頻模塊進行放大、變頻；?
（2）基帶部分的信號處理部分利用FPGA對兩個定向天線信號進行捕獲、跟蹤，解調出導航電文，并提供各種測量數據；
（3）基帶部分的信息處理部分利用DSP利用偽距、載波相位等測量數據進行定位、定向解算，如接收到差分信息，還可進行差分定位。
3.根據權利要求2所述的北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀,?其特征在于：所述的步驟（1）中的射頻模塊對兩路定向的射頻信號進行放大、功分，并分別進行三頻點的變頻，或者通過設置之后將從抗干擾天線接收到的信號進行放大、功分，分別進行三頻點的變頻。
4.根據權利要求2所述的北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀,?其特征在于：所述的步驟（2）基帶部分中的信號處理部分具有民碼、軍碼直捕功能，僅需1片PRM芯片，即可完成兩個天線信號的軍碼捕獲功能，同時針對定向的需求，利用第一定向天線的載波環路輔助第二定向天線的載波環路跟蹤，提高載波相位測量精度，載波測量精度可達到6‰周。
5.根據權利要求2所述的北斗衛星導航系統雙頻定位定向儀,?其特征在于：所述的步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賈永軍，高宏，任曦明，王立兵，張亮，時荔蕙，吳志成，張偉，鄒四，龍文強，胡坤鳳，楊麗博，楊濤，
申請(專利權)人：中國人民解放軍六三九六一部隊，廣州海格通信集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11