一种北斗卫星导航系统双频定位定向仪技术方案

一种北斗卫星导航系统双频定位定向仪，包括电源部分、射频部分和基带部分，射频部分包括：主天线信道和辅天线信道，均支持B1、B3双频点的下变频功能；另外还有B3外接抗干扰天线信道，分别与天线信道和辅天线信道信道中的B3信道进行切换；所述的基带部分采用2片FPGA和1片DSP的架构，实现信号的捕获、跟踪与各类信息处理，为每个天线的信号提供16个跟踪通道，共32个跟踪通道，通道能够根据工作模式，在B1、B3频点间动态分配。该定位定向仪能够满足中低动态使用条件和车载方式使用要求，为载体提供快速、精准的定位、定向信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航与无线通信领域，特别涉及北斗/GPS双模差分定位以及北斗双频定向设备。
技术介绍
卫星定位定向设备已在国外得到广泛应用，可装备到自行火炮、防空武器、雷达、侦察车等，为其提供自主的定位定向导航信息。针对北斗卫星导航系统的定位定向技术国内才刚开始起步，因此对北斗定位定向设备的研究显得十分必要。 一般国外的卫星定向仪都是使用GPS全球卫星导航系统，采用两个OEM接收机实现，在其中一个接收机或另外增加处理器实现基线和方位解算。如果是军用卫星定向仪还需要两个授权模块。卫星定向仪接收两个天线的信号并得到卫星的载波相位测量值，采用一定的算法可以计算出两个天线的基线向量以及方位，在保证一定基线长度的情况下，定向精度≤2mil (0.12°)。双频定向技术比起单频定向技术，定向的速度有较大的提高，成功率也有所增加。目前北斗卫星导航系统提供的定位精度优于10米，而为得到更高的定位精度，可以采用北斗差分定位技术：将一台北斗接收机安置在基准站上进行观测，再通过数据链将基准站已知精密坐标以及伪距载波测量信息实时播发出去；用户接收机在对北斗卫星观测的同时，也接收到基准站播发的实时差分数据；根据基准站已知精密坐标和伪距载波观测量可以计算出基准站到卫星的距离改正数，对接收机的定位结果进行改正，从而提高定位精度。 
技术实现思路
为了能够满足中低动态使用条件和车载方式使用要求，为载体提供快速、精准的定位、定向信息，本专利技术提供一种北斗卫星导航系统双频定位定向仪，包括电源部分、射频部分和基带部分，上述三部分均安装在一外壳内，其特征在于：所述的射频部分包括：第一信道和第二信道，可分别接收第一定向天线、第二定向天线的信号输入，均支持B1、B3、L1三频点的下变频功能；另外第一信道的输入能够在外接抗干扰天线与第一定向天线之间进行切换。所述的基带部分采用2片FPGA和 1片DSP的架构，实现信号的捕获、跟踪与各类信息处理，为每个天线的信号提供16个跟踪通道，共32个跟踪通道，通道能够根据工作模式，在B1、B3频点间动态分配。所述的射频部分和基带部分的信号处理过程为：（1）从第一定向天线（或外接抗干扰天线）和第二定向天线接收到信号后，经射频模块进行放大、变频； （2）基带部分的信号处理部分利用FPGA对两个定向天线信号进行捕获、跟踪，解调出导航电文，并提供各种测量数据；（3）基带部分的信息处理部分利用DSP利用伪距、载波相位等测量数据进行定位、定向解算，如接收到差分信息，还可进行差分定位。所述的步骤（1）中的射频模块对两路定向的射频信号进行放大、功分，并分别进行三频点的变频，或者通过设置之后将从抗干扰天线接收到的信号进行放大、功分，分别进行三频点的变频。所述的步骤（2）基带部分中的信号处理部分具有民码、军码直捕功能，仅需1片PRM芯片，即可完成两个天线信号的军码捕获功能，同时针对定向的需求，利用第一定向天线的载波环路辅助第二定向天线的载波环路跟踪，提高载波相位测量精度，载波测量精度可达到6‰周。所述的步骤（3）基带部分中的信息处理部分基于基线长度的约束，利用北斗B1\\B3双频载波相位进行整周模糊度的解算，具备单历元解算整周模糊度的能力，同时，针对静态定向的需求，利用平差算法，综合多历元观测数据，提高定向精度，3m基线时定向精度优于1mil；同时在收到伪距差分信息的时候，利用伪距差分信息，修正伪距观测量，从而提升伪距测量精度，最终实现提升定位精度的目的，通过伪距差分定位，定位精度可达到2m精度。所述的电源部分包含电源保护电路，在过流、过压、欠压或极性反接时具有自动保护功能；机内电源电路完成从直流电源到各应用电路的DC/DC变换，采用低功耗设计。在所述的射频部分，采用MAX4373进行天线故障的检测，通过检测是否有电流流经该芯片，进而产生一高或低电平，报送给FPGA进行是否故障的判断。所述的射频部分和基带部分集成在一块PCB板上；多路射频信道和基带处理来自同一个时钟源，实现时钟同源设计；多路射频信道的输出信号经过A/D后进入同一个基带处理器进行捕获、跟踪、测量，真正实现同步测量。所述的外壳包括腔体、底板、安装角、导光柱和导电胶条，所述的PCB板安装在腔体内，底板固定在腔体口端；在腔体的周面装有安装角、按钮开关以及各种插座；在对外接口的排布上，与显控器的接口设在腔体的正面，其余接口排布在腔体的后面；腔体正面设计有指示灯，通过导光柱将PCB板上指示灯灯光导入到腔体正面的指示灯，显示设备状态；导电胶条安装于腔体口端，在确保腔体与底板间密封性能的同时，保持腔体与底板间良好的导电性能，从而保持良好的电磁屏蔽性能。该定位定向仪可以接收两个天线的北斗 B1、B3以及GPS L1信号。可以根据要求提供B1单频、B3单频、B1/B3双频、L1单频以及B3/L1兼容的定位结果，可以提供B1/B3双频定向结果。在有差分基准站信息的情况下提供差分定位结果。本专利技术主要由以下几个部分组成：腔体、底板、散热块、弯角件、导光柱、定位定向处理板、导电胶条、按钮开关以及各种插座。在对外接口的排布上，与显控器的接口排布在设备正面，其余接口排布在设备后面，与外部设备的连接非常方便，符合常规使用习惯。定位定向处理单元主要完成北斗B1、B3、GPS多系统组合接收以及定位及定向功能，同时还要完成差分信息接收以及定位定向结果输出功能。为使定位定向处理单元各功能模块相对独立，保证功能模块具有很好的测试性，根据功能区分采用模块化设计，将定位定向处理单元分为两个部分：射频信道单元、基带处理单元。射频信道单元完成北斗B1、B3、GPS L1频点射频到中频的下变频。基带处理单元支持双天线4路中频输入，用一个PRM芯片和一个保密芯片即可完成双天线的北斗军码捕获跟踪、信息加解密功能，可实现北斗 B1/B3、GPS接收和处理功能，具备北斗单频、双频、北斗/GPS组合等多种定位模式，支持差分定位。与现有的卫星定位定向仪相比，本专利技术具有以下优点和效果: 1、提供北斗伪距差分定位模式，适应高精度定位的要求。2、采用北斗卫星导航系统的双频载波相位定向技术，实现高精度的基线解算、定向功能，定向速度快，成功率高。3、采用主天线辅助副天线的捕获跟踪技术，只需一个PRM芯片和一个保密芯片即可实现双天线军码捕获、跟踪。4、单板设计：多路射频信道、基带处理、定位定向解算集成在一块PCB板上。附图说明图1是本专利技术的定位定向仪的定位定向处理单元硬件模块构成框图；图2是本专利技术的组装结构示意图；图3是本专利技术的外形结构示意图；图4是本专利技术的信号处理流程；图5是本专利技术的FPGA捕获流程图；图6是本专利技术的FPGA跟踪流程图。具体实施方式参见图1和图2，本专利技术一种北斗卫星导航系统双频定位定向仪，包括：1、硬件设计：主机硬件采用单板集成化设计，包括电源部分、射频部分A和基带部分B。电源部分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北斗卫星导航系统双频定位定向仪，包括电源部分、射频部分和基带部分，上述三部分均安装在一外壳内，其特征在于：所述的射频部分包括：第一信道和第二信道，可分别接收第一定向天线、第二定向天线的信号输入，均支持B1、B3、L1三频点的下变频功能；另外第一信道的输入可以在外接抗干扰天线与第一定向天线之间进行切换；所述的基带部分采用2片FPGA和 1片DSP的架构，实现信号的捕获、跟踪与各类信息处理，为每个天线的信号提供16个跟踪通道，共32个跟踪通道，通道能够根据工作模式，在B1、B3频点间动态分配。

【技术特征摘要】
1.一种北斗卫星导航系统双频定位定向仪，包括电源部分、射频部分和基带部分，上述三部分均安装在一外壳内，其特征在于：
所述的射频部分包括：第一信道和第二信道，可分别接收第一定向天线、第二定向天线的信号输入，均支持B1、B3、L1三频点的下变频功能；另外第一信道的输入可以在外接抗干扰天线与第一定向天线之间进行切换；
所述的基带部分采用2片FPGA和 1片DSP的架构，实现信号的捕获、跟踪与各类信息处理，为每个天线的信号提供16个跟踪通道，共32个跟踪通道，通道能够根据工作模式，在B1、B3频点间动态分配。
2.根据权利要求1所述的北斗卫星导航系统双频定位定向仪, 其特征在于：所述的射频部分和基带部分的信号处理过程为：
（1）从第一定向天线（或外接抗干扰天线）和第二定向天线接收到信号后，经射频模块进行放大、变频； 
（2）基带部分的信号处理部分利用FPGA对两个定向天线信号进行捕获、跟踪，解调出导航电文，并提供各种测量数据；
（3）基带部分的信息处理部分利用DSP利用伪距、载波相位等测量数据进行定位、定向解算，如接收到差分信息，还可进行差分定位。
3.根据权利要求2所述的北斗卫星导航系统双频定位定向仪, 其特征在于：所述的步骤（1）中的射频模块对两路定向的射频信号进行放大、功分，并分别进行三频点的变频，或者通过设置之后将从抗干扰天线接收到的信号进行放大、功分，分别进行三频点的变频。
4.根据权利要求2所述的北斗卫星导航系统双频定位定向仪, 其特征在于：所述的步骤（2）基带部分中的信号处理部分具有民码、军码直捕功能，仅需1片PRM芯片，即可完成两个天线信号的军码捕获功能，同时针对定向的需求，利用第一定向天线的载波环路辅助第二定向天线的载波环路跟踪，提高载波相位测量精度，载波测量精度可达到6‰周。
5.根据权利要求2所述的北斗卫星导航系统双频定位定向仪, 其特征在于：所述的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾永军，高宏，任曦明，王立兵，张亮，时荔蕙，吴志成，张伟，邹四，龙文强，胡坤凤，杨丽博，杨涛，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九六一部队，广州海格通信集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11