适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置,包括：GNSS/低轨卫星信号接收天线用于接收GNSS信号或低轨卫星信号；射频模块用于对GNSS信号或低轨卫星信号进行低噪声放大和下变频处理，并输出数字中频信号；系统级导航芯片用于对数字中频信号进行捕获跟踪、同步译码和定位授时；时钟管理模块用于为射频模块提供采样时钟信号，并为系统级导航芯片提供基带工作时钟信号；电源模块用于为GNSS/低轨卫星信号接收天线、时钟管理模块、射频模块和系统级导航芯片提供电源。本发明专利技术可接收和处理GNSS卫星信号和低轨卫星信号，无法正常捕获GNSS信号时，启用低轨卫星信号辅助策略，快速捕获GNSS导航星弱信号，完成GNSS导航定位。定位。定位。

【技术实现步骤摘要】
适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置及方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信与导航
，尤其涉及一种适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着各行业对卫星导航的全面应用，对GNSS卫星导航系统提出了更高的要求，例如系统完好性、抗干扰性、高精度导航等更高的性能。因此衍生出各种用于提升卫星导航性能的卫星系统，如增强系统、低轨卫星系统等。
[0003]低轨通信卫星发展迅速。由于低轨卫星轨道运行高度低，落地功率高，加上低轨微小卫星运行成本低，因此对低轨卫星系统的研究也逐步增加。低轨卫星通信系统可广泛应用于移动通信、互联网、导航增强、目标监测等各个领域。其中，低轨卫星在卫星导航抗干扰方向的研究也越来越深入。无论是军事领域还是民用领域，如何在各种复杂环境下快速捕获导航星信号一直是一个难点。很多传统的捕获算法，或是算法复杂占用资源大，或是实际应用难度大，总之效果不理想。
[0004]已有的低轨卫星系统尝试通过低轨卫星系统转发GNSS导航星电文信息同步下发，从而达到辅助各类导航装置获取GNSS导航星信号的目的。但是，导航装置如何实现低轨卫星信号的接收与处理，如何正确应用低轨导航增强辅助的导航星信息，尚无此类导航装置能够有效解决。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置及方法，可接收处理低轨卫星信号，并在GNSS信号弱或存在干扰的情况下，对弱GNSS信号进行快速捕获和稳定跟踪。同时，还可捕获正常的GNSS卫星信号，从而实现GNSS精确导航定位。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置，包括：GNSS/低轨卫星信号接收天线、射频模块、系统级导航芯片、时钟管理模块和电源模块，
[0008]所述GNSS/低轨卫星信号接收天线用于接收GNSS信号和低轨卫星信号；
[0009]所述射频模块用于对所述GNSS信号或所述低轨卫星信号进行低噪声放大和下变频处理，并输出数字中频信号；
[0010]所述系统级导航芯片用于对所述数字中频信号进行捕获跟踪、同步译码和定位授时；
[0011]所述时钟管理模块用于为所述射频模块提供采样时钟信号，并为所述系统级导航芯片提供基带工作时钟信号；
[0012]所述电源模块用于为所述GNSS/低轨卫星信号接收天线、所述时钟管理模块、所述射频模块和所述系统级导航芯片提供电源。
[0013]根据本专利技术的一个方面，所述时钟管理模块包括：恒温晶振和频率综合器，
[0014]所述恒温晶振用于为所述频率综合器提供高精度稳定的基准时钟信号；
[0015]所述频率综合器用于将所述基准时钟信号调整为采样时钟信号，同时输出基带工作时钟信号。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述射频模块包括：本振发生模块、混频模块、低通滤波器和AD采样模块，
[0017]所述本振发生模块用于在所述采样时钟信号的基础上产生本振信号；
[0018]所述混频模块用于将所述GNSS信号、所述低轨卫星信号分别与相应的本振信号进行混频；
[0019]所述低通滤波器用于将混频后的信号的高频部分滤除，留下低频的模拟中频信号；
[0020]所述AD采样模块用于在所述采样时钟信号的驱动下对所述模拟中频信号采样生成数字中频信号。
[0021]根据本专利技术的一个方面，所述系统级导航芯片包括：基带处理模块与信号处理模块，
[0022]所述基带处理模块包括捕获模块与跟踪模块，
[0023]所述捕获模块用于捕获所述GNSS信号和所述低轨卫星信号；
[0024]所述跟踪模块用于完成所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的环路跟踪处理、同步处理、译码处理，并对所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的观测量进行解算，输出所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的观测量信息、时间信息和电文信息；
[0025]所述信号处理模块包括单星定位模块和GNSS导航定位模块，
[0026]所述单星定位模块用于根据所述低轨卫星信号的观测量信息、时间信息和电文信息输出粗略的位置和速度信息；
[0027]所述GNSS导航定位模块用于根据所述GNSS信号的观测量信息、时间信息和电文信息实现GNSS导航定位。
[0028]根据本专利技术的一个方面，所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的观测量信息均包括伪距观测量和多普勒观测量。
[0029]一种利用如前述所示的适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置实现的适用于低轨导航增强的环境自适应导航方法，包括：
[0030]S1.利用GNSS/低轨卫星信号接收天线接收GNSS信号和低轨卫星信号；
[0031]S2.当所述GNSS信号为强信号时，对所述GNSS信号进行捕获跟踪、同步、译码和观测量解算，实现GNSS信号的导航定位，当所述GNSS信号为弱信号时，执行步骤S3～S4；
[0032]S3.对所述低轨卫星信号进行处理，实现低轨卫星信号的捕获跟踪、同步、译码、观测量解算和单星定位解算；
[0033]S4.利用处理后的低轨卫星信号辅助GNSS弱信号进行快速捕获和稳定跟踪，实现GNSS信号的导航定位。
[0034]根据本专利技术的另一个方面，所述步骤S3包括：
[0035]S31.利用射频模块对所述低轨卫星信号进行低噪声放大和下变频处理，并输出数字中频信号；
[0036]S32.利用时钟管理模块为所述射频模块提供采样时钟信号，并为系统级导航芯片提供基带工作时钟信号；
[0037]S33.利用所述系统级导航芯片对所述数字中频信号的同向和正交两路信号进行捕获跟踪、同步、译码，分别得到低轨卫星的导航电文信息和时间信息以及GNSS导航星的导航电文信息和时间信息；
[0038]S34.根据所述低轨卫星的导航电文信息对低轨卫星信号的观测量进行解算；
[0039]S35.利用所述系统级导航芯片的单星定位模块根据所述观测量获得定位授时结果；
[0040]S36.根据所述定位授时结果和所述GNSS导航星的导航电文信息，计算得到GNSS导航星的相位和多普勒信息。
[0041]根据本专利技术的另一个方面，所述步骤S36中获得GNSS导航星相位的过程包括：
[0042]S3611.利用GNSS导航星的导航电文信息和时间信息，得到GNSS导航星的位置和速度；
[0043]S3612.根据所述GNSS导航星的位置和所述导航装置的位置计算得到粗略的伪距ρ1；
[0044]S3613.考虑电离层、对流层和卫星钟差的影响，对所述伪距ρ1进行修正，得到修正后的伪距ρ2；
[0045]S3614.根据所述伪距ρ2计算得到粗略的传播时间T1；
[0046]S3615.重复迭代所述步骤S3611～S3614，获得精确的传播时间T2，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于低轨导航增强的环境自适应导航装置，其特征在于，包括：GNSS/低轨卫星信号接收天线、射频模块、系统级导航芯片、时钟管理模块和电源模块，所述GNSS/低轨卫星信号接收天线用于接收GNSS信号和低轨卫星信号；所述射频模块用于对所述GNSS信号或所述低轨卫星信号进行低噪声放大和下变频处理，并输出数字中频信号；所述系统级导航芯片用于对所述数字中频信号进行捕获跟踪、同步译码和定位授时；所述时钟管理模块用于为所述射频模块提供采样时钟信号，并为所述系统级导航芯片提供基带工作时钟信号；所述电源模块用于为所述GNSS/低轨卫星信号接收天线、所述时钟管理模块、所述射频模块和所述系统级导航芯片提供电源。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时钟管理模块包括：恒温晶振和频率综合器，所述恒温晶振用于为所述频率综合器提供高精度稳定的基准时钟信号；所述频率综合器用于将所述基准时钟信号调整为采样时钟信号，同时输出基带工作时钟信号。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述射频模块包括：本振发生模块、混频模块、低通滤波器和AD采样模块，所述本振发生模块用于在所述采样时钟信号的基础上产生本振信号；所述混频模块用于将所述GNSS信号、所述低轨卫星信号分别与相应的本振信号进行混频；所述低通滤波器用于将混频后的信号的高频部分滤除，留下低频的模拟中频信号；所述AD采样模块用于在所述采样时钟信号的驱动下对所述模拟中频信号采样生成数字中频信号。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述系统级导航芯片包括：基带处理模块与信号处理模块，所述基带处理模块包括捕获模块与跟踪模块，所述捕获模块用于捕获所述GNSS信号和所述低轨卫星信号；所述跟踪模块用于完成所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的环路跟踪处理、同步处理、译码处理，并对所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的观测量进行解算，输出所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的观测量信息、时间信息和电文信息；所述信号处理模块包括单星定位模块和GNSS导航定位模块，所述单星定位模块用于根据所述低轨卫星信号的观测量信息、时间信息和电文信息输出粗略的位置和速度信息；所述GNSS导航定位模块用于根据所述GNSS信号的观测量信息、时间信息和电文信息实现GNSS导航定位。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述GNSS信号和所述低轨卫星信号的观测量信息均包括伪距观测量和多普勒观测量。6.一种利用如权利要求1至5所述的低轨导航增强的环境自适应导航装置实现的低轨导航增强的环境自适应导航方法，包括：
S1.利用GNSS/低轨卫星信号接收天线接收GNSS信号和低轨卫星信号；S2.当所述GNSS信号为强信号时，对所述GNSS信号进行捕获跟踪、同步、译码和观测量解算，实现GNSS信号的导航定位，当所述GNSS信号为弱信号时，执行步骤S3～S4；S3.对所述低轨卫星信号进行处理，实现低轨卫星信号的捕获跟踪、同步、译码、观测量解算和单星定位解算；S4.利用处理后的低轨卫星信号辅助GNSS弱信号进行快速捕获和稳定跟踪，实现GNSS信号的导航定位。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：马跃，岳富占，董启甲，刘金山，刘坤，张爽娜，薛伟罗晨，杨燕姣，张伟，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：