一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机技术方案

本发明专利技术提供了一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机，包括：射频前端模块，该模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器以及GNSS射频芯片，用于将GNSS导航射频信号以及Inmarsat射频信号变为两路中频数字信号；基带信号处理模块，该模块包括GNSS基带信号和Inmarsat基带信号的捕获、跟踪、电文提取；导航定位解算模块，该模块用于利用Inmarsat通信卫星播发的修正数据进行导航定位解算。本发明专利技术设计的接收机摆脱了局域差分系统导航精度对于基线长度的依赖性，只要能稳定接收卫星信号，即可在全球范围内实现高精度导航定位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机
本专利技术涉及GNSS测量领域，尤其涉及一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机。
技术介绍
星基增强系统是目前主要的GNSS增强系统之一。相比于局域差分系统，该系统大大降低了差分定位精度对于基线长度的依赖，同时由于基于同步轨道卫星的播发方式，使其能够对无网络、地面无线电站无法覆盖的区域依然能够提供差分服务，并且接收机无需增加额外的无线电接收设备接收差分信息。而Inmarsat通信卫星系统自1979年发展运行至今，因其自身系统建设完善，空间卫星资源丰富以及商业运营成熟等特点，可以被认为是一种良好的星基增强系统的空间转发平台。尤其对于公司个体而言，可以通过架设基站、租用Inmarsat卫星平台的方式，可以以合理的成本建立适用于自身的GNSS增强系统。这要求GNSS导航接收机在接收导航信号的同时还要兼容Inmarsat通信卫星广播信号的接收。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机，包括射频前端模块，所述射频前端模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器和GNSS射频芯片，所述射频前端模块用于实现GNSS射频信号和Inmarsat射频信号的接收、滤波、下变频和模数转换，所述的射频前端模块将由天线接收到的GNSS射频信号和Inmarsat射频信号进行放大和滤波后变换到数字中频信号，并交由基带信号处理模块做进一步处理；基带信号处理模块，用于接收数字中频信号，所述基带信号处理模块包括FPGA芯片、DSP芯片，FPGA芯片具有信号快捕电路、环路跟踪电路、FFT信号检测电路和Inmarsat信号跟踪电路，信号快捕电路对GNSS信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获GNSS信号，环路跟踪电路对捕获的GNSS信号进行进行载波跟踪/伪码跟踪；FFT信号检测电路用于采集Inmarsat信号，Inmarsat信号跟踪电路用于对Inmarsat信号进行载波跟踪，并输出伪距观测量、载波观相位测量；DSP芯片包括第一位同步电路、第一帧电文提取电路和第二同步电路、第二帧电文提取电路，第一位同步电路用于对环路跟踪电路进行过载波跟踪/伪码跟踪的GNSS信号进行同步，并发送到第一帧电文提取电路进行电文提取以输出导航电文，第二同步电路用于对Inmarsat信号跟踪电路进行过载波跟踪的Inmarsat信号进行同步，并发送到第二帧电文提取电路进行电文提取以输出修正数据；导航解算模块，根据获得的伪距观测量、载波观相位测量、导航电文以及修正数据进行导航定位解算，输出定位结果。上述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其中，信号捕获电路使用基于FFT补偿的分段匹配滤波器的快捕方法对GNSS信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获GNSS信号。上述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其中，环路跟踪电路利用载波锁频环、载波锁相环以及码锁相环对GNSS信号进行跟踪。上述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其中，FFT信号检测电路使用FFT信号检测方法对由Inmarsat信号的数字中频信号经平方组合后得到的复数载波信号进行信号检测并解算后得出多普勒频偏参数，以获取Inmarsat信号；成功获取Inmarsat信号后，再将获取Inmarsat信号进行积分降采样，采样速率降到Inmarsat数据符号率的八倍后，发送至Inmarsat信号跟踪电路进行载波同步处理。上述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其中，完成载波同步后，Inmarsat基带信号处理通道进行位同步处理；在位同步处理中采用Gardner位同步算法对Inmarsat信号中的位定时同步信息进行提取，以获得正确的比特信息，同时在获得同步信息后对之前积分将采样的积分起始位置进行调整，以此减少相干积分跨比特沿的情况。上述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其中，当完成位同步之后，第二帧电文提取电路进行帧同步、Viterbi译码、去加扰以及有效用户数据提取操作以输出定位修正量。上述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其中，所述导航解算模块利用Inmarsat信号处理通道输出的定位修正量对伪距观测量、载波观相位测量进行修正，再利用最小二乘方法或卡尔曼滤波方法进行导航定位解算，输出最终的导航定位解算结果。本专利技术的优点在于：1、本专利技术设计的接收机摆脱了局域差分系统导航精度对于基线长度的依赖性，只要能稳定接收卫星信号，即可在全球范围内实现高精度导航定位。2、本专利技术采用的射频前端模块和基带信号处理模块能够接收和处理GPS/GLONASS/BDII三导航系统全频点导航信号，这将显著提升本专利技术设计的接收机的导航定位的连续性和有效性。此外，该模块采用集成设计，能有效降低功耗。3、本专利技术采用Inmarsat基带信号处理多通道设置，以实现对不同Inmarsat通信卫星的跟踪，实现接收机在跨Inmarsat系统覆盖区域时仍能不间断稳定获取修正数据的功能。4、本专利技术在不改变通用导航接收机系统结构的前提下，加入Inmarsat信号解调解码的处理，提高了本接收机设计的兼容性。同时，在Inmarsat信号位同步方法中采用Gardner算法这种基于差值滤波器的全数字同步算法，不用实时调整采样时钟，减轻了模块间的交互负担，降低了系统实现的复杂程度。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术提供的一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机的简要示意图；图2为本专利技术进行定位解算的原理图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本专利技术的技术方案。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。本专利技术提供了一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机，包括射频前端模块，所述射频前端模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器和GNSS射频芯片，所述射频前端模块用于实现GNSS射频信号和Inmarsat射频信号的接收、滤波、下变频和模数转换，所述的射频前端模块将由天线接收到的GNSS射频信号和Inmarsat射频信号进行放大和滤波后变换到数字中频信号，并交由基带信号处理模块做进一步处理；基带信号处理模块，用于接收数字中频信号，所述基带信号处理模块包括FPGA芯片、DSP芯片，FPGA芯片具有信号快捕电路、环路跟踪电路、FFT信号检测电路和Inmarsat信号跟踪电路，信号快捕电路对GNSS信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获GNSS信号，环路跟踪电路对捕获的GNSS信号进行进行载波跟踪/伪码跟踪；FFT信号检测电路用于采集Inmarsat信号，Inmarsat信号跟踪电路用于对Inmarsat信号进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其特征在于，包括射频前端模块，所述射频前端模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器和GNSS射频芯片，所述射频前端模块用于实现GNSS射频信号和Inmarsat射频信号的接收、滤波、下变频和模数转换，所述的射频前端模块将由天线接收到的GNSS射频信号和Inmarsat射频信号进行放大和滤波后变换到数字中频信号，并交由基带信号处理模块做进一步处理；基带信号处理模块，用于接收数字中频信号，所述基带信号处理模块包括FPGA芯片、DSP芯片，FPGA芯片具有信号快捕电路、环路跟踪电路、FFT信号检测电路和Inmarsat信号跟踪电路，信号快捕电路对GNSS信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获GNSS信号，环路跟踪电路对捕获的GNSS信号进行进行载波跟踪/伪码跟踪，FFT信号检测电路用于采集Inmarsat信号，Inmarsat信号跟踪电路用于对Inmarsat信号进行载波跟踪，并输出伪距观测量、载波观相位测量；DSP芯片包括第一位同步电路、第一帧电文提取电路和第二同步电路、第二帧电文提取电路，第一位同步电路用于对环路跟踪电路进行过载波跟踪/伪码跟踪的GNSS信号进行同步，并发送到第一帧电文提取电路进行电文提取以输出导航电文，第二同步电路用于对Inmarsat信号跟踪电路进行过载波跟踪的Inmarsat信号进行同步，并发送到第二帧电文提取电路进行电文提取以输出修正数据，导航解算模块，根据获得的伪距观测量、载波观相位测量、导航电文以及修正数据进行导航定位解算，输出定位结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其特征在于，包括射频前端模块，所述射频前端模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器和GNSS射频芯片，所述射频前端模块用于实现GNSS射频信号和Inmarsat射频信号的接收、滤波、下变频和模数转换，所述的射频前端模块将由天线接收到的GNSS射频信号和Inmarsat射频信号进行放大和滤波后变换到数字中频信号，并交由基带信号处理模块做进一步处理；基带信号处理模块，用于接收数字中频信号，所述基带信号处理模块包括FPGA芯片、DSP芯片，FPGA芯片具有信号快捕电路、环路跟踪电路、FFT信号检测电路和Inmarsat信号跟踪电路，信号快捕电路对GNSS信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获GNSS信号，环路跟踪电路对捕获的GNSS信号进行进行载波跟踪/伪码跟踪，FFT信号检测电路用于采集Inmarsat信号，Inmarsat信号跟踪电路用于对Inmarsat信号进行载波跟踪，并输出伪距观测量、载波观相位测量；DSP芯片包括第一位同步电路、第一帧电文提取电路和第二同步电路、第二帧电文提取电路，第一位同步电路用于对环路跟踪电路进行过载波跟踪/伪码跟踪的GNSS信号进行同步，并发送到第一帧电文提取电路进行电文提取以输出导航电文，第二同步电路用于对Inmarsat信号跟踪电路进行过载波跟踪的Inmarsat信号进行同步，并发送到第二帧电文提取电路进行电文提取以输出修正数据，导航解算模块，根据获得的伪距观测量、载波观相位测量、导航电文以及修正数据进行导航定位解算，输出定位结果。2.如权利要求1所述的基于Inmarsat系统的星基增强接收机，其特征在于，信号捕获电路使用基于FFT补偿的分段匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱魁华，王超，杨荣仕，刘强，王杰俊，何伟，
申请(专利权)人：上海双微导航技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31