全球定位系统实时软件接收机技术方案

一种涉及电子技术领域的导航、定位设备，尤旨一种利用现代科技手段，通过接收到的全球卫星定位系统ＧＰＳ信号，进行实时定位，应用于信号采样和计算机软件处理的全球定位系统实时软件接收机。该装置由复杂可编程逻辑器件、总线、接口、天线、移位寄存器、存储器、信号采样传输模块中由射频信号采样模块和串并转换接口模块等组成；主要解决如何实现信号采样传输模块和高速数字信号采集卡等有关接口技术问题。本实用新型专利技术的积极效果是：该装置在微软ｗｉｎｄｏｗｓＸＰ系统上实现了实时运行，可以实时输出定位结果，软件接收机的性能指标都已经达到了该项目的要求，并具有较高的精度和灵敏度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子
的导航、定位设备，尤旨一种利用现代科技手段，通过接收到的全球卫星定位系统GPS (Global Positioning System)信号，进行实时定位，应用于信 号采样和计算机软件处理的实时软件接收机装置。
技术介绍
目前，全球卫星定位系统GPS软件接收机凭着其可修改性以及低 成本的优点，逐渐显示出了自己的优势。目前的全球卫星定位系统GPS软件接收机缺点是接收机在常用的 windowsXP操作系统中信号处理的实时性差，定位结果不能及时响应 卫星信号的多普勒频移，影响了定位的精度，要做到实时处理往往 需要在专门的实时操作系统中实现，影响推广。
技术实现思路
为了克服上述不足之处，本技术的主要目的旨在提供一种 通过把基带相关处理部分完全放到计算机里实现，即把射频RF (Radio Frequency)端的采样信号直接送入计算机，然后由微处理 器完成全部的运算；采用Windows操作系统的程序进行信号的处理， 通过信号采样传输模块和高速数字信号采集卡，又通过数字信号采 集卡把中频采样信号送入计算机内存等有关接口，应用了新的数字 信号处理算法，成功实现了软件接收机的实时运行，达到既能快速信号处理和实现实时定位，又具有较高精度和灵敏度的全球定位系 统实时软件接收机。本技术要解决的技术问题是硬件部分主要解决如何实现 信号采样传输模块和高速数字信号采集卡问题；又如何通过数字信号采集卡把中频采样信号送入计算机内存等有关接口技术问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是该装置由复 杂可编程逻辑器件、总线、接口、天线、移位寄存器、存储器、插 座、A/D和计算机等部件组成，所述计算机内设有32位数字信号采 集卡，32位数字信号采集卡插在计算机主机板周边元件扩展接口 PCI插槽上，通过周边元件扩展接口 PCI总线将数据发送给计算机， 该计算机通过天线接收来自全球定位系统GPS卫星的无线导航信 号，经由射频信号采样模块后，将2位数字信号传递到串并转换接 口模块，经串并转换接口模块的输出信号通过基于通用处理器的计 算机，而非全球定位系统GPS专用基带处理芯片进行基带信号的处 理，各模块组合为一整体的软件接收机，该装置至少包括-一信号采样传输模块中由射频信号采样模块和串并转换接口 模块组成，天线与信号釆样传输模块中的射频信号采样模块的输入 端相连接，射频信号采样模块将天线输入的无线导航信号采样并数 模转换，射频信号采样模块的输入输出端和串并转换接口模块的输 出输入端相互连接，串并转换接口模块的输出端输出数字信号传递 至32位数字信号采集卡的输入端；一计算机软件处理模块由采样信号与本地信号相关处理和信 号捕获、跟踪、同步、导航解算模块组成，采样信号与本地信号相 关处理的输入输出端与信号捕获、跟踪、同步、导航解算模块的输 出输入端相互连接；一 32位数字信号采集卡通过周边元件扩展接口 PCI总线与计 算机软件处理模块中的采样信号与本地信号相关处理的输入端相互连接，计算机与32位数字信号采集卡之间为相互电连接。所述的全球定位系统实时软件接收机的射频信号采样模块通过连接插座和串并转换接口模块中的各部件相连接，其中一射频信号采样模块由GP2015芯片和串口组成，GP2015芯片 依次输出两位串行数字信号， 一位为符号位， 一位为幅值位，分别 通过连接插座与串并转换接口模块中驱动芯片的相应各输入端口相 连接；GP2015芯片输出一采样时钟信号通过连接插座与串并转换接 口模块中驱动芯片的相应输入端相连接；串口输入输出两个TTL电 平的发送和接收信号，串口的输出发送信号通过连接插座与串并转 换接口模块中串口电平转换的相应输入端口相连接，串口电平转换 的输出接收信号与串口的相应输入端相连接；一串并转换接口模块主要由复杂可编程逻辑器件、直流电源变 换、开关、串口电平转换、边界扫描接口和小型计算机系统SCSI 接口组成，串并转换接口模块接受12V直流供电，电源经过开关后 有一路输入至直流电源变换模块的输入端，直流电源变换的输出为 电源3.3V，分为五路输出第一路供电信号传递到指示灯的相应输入端；第二路供电信号传递到复杂可编程逻辑器件的相应输入端；第三路供电信号同时传递到串口电平转换和边界扫描接口的相应输入端；第四路供电信号传递到跳线开关的相应输入端，跳线开关闭 合后，则有源天线供电和电源3.3V连通，有源天线供电信号同时传 递到天线；第五路供电信号通过连接插座传递到射频信号采样模块 的相应输入端；一复杂可编程逻辑器件接受来自GP2015芯片的三路输出信号 符号位、幅值位和采样时钟分别经过连接插座和驱动芯片后输入至 复杂可编程逻辑器件的相应输入端；复杂可编程逻辑器件在釆样时 钟的上升沿读取符号位和幅值位的电平，在采样时钟的每16个上升 沿之后，复杂可编程逻辑器件分别采样了 16个符号位和幅值位的电平，并将其输出变成2个16位的并行数据并行符号位和并行幅值 位，且分别输出至小型计算机系统SCSI接口的相应输入端；复杂可编程逻辑器件还将采样时钟16分频后变成16分频采样时钟也输出 至小型计算机系统SCSI接口的相应输入端；小型计算机系统SCSI 接口的输出端与数字信号采集卡的输入端相互连接；复杂可编程逻 辑器件的输入输出与边界扫描接口模块的输出输入端相互连接；一串口电平转换的输出接收信号通过连接插座与串口模块的相 应输入端口相连接，并接收来自串口的输出发送信号通过连接插座 与串口电平转换模块的相应输入端口相连接；串口电平转换将TTL电平的发送信号转换为RS232电平的传输电平发送信号传递到串口 插座模块的相应输入端，并将RS232电平的传输电平接收信号传递 到串口电平转换模块的相应输入端，经串口电平转换模块转换为 TTL电平的接收信号通过连接插座传递到串口模块的相应输入端。所述的全球定位系统实时软件接收机的复杂可编程逻辑器件 U2芯片分别与边界扫描接口、直流电源变换U1芯片、串口电平转 换U4芯片和驱动芯片U3芯片模块的相应端口相互连接；其中一复杂可编程逻辑器件U2芯片的引脚48、 83、 45和47分别与 边界扫描接口模块中JPl插座的引脚4、 3、 2和1的相应端口相互 并行连接，JPl插座的引脚6同时分别与直流电源变换Ul芯片的引 脚6、串口电平转换U4芯片的引脚16和驱动芯片U3芯片的引脚20 的相应端口相互连接；所述复杂可编程逻辑器件U2芯片的引脚5、 26、 38、 51、 57、 88和98相互并行连接后同时与直流电源变换Ul芯片的引脚6和驱 动芯片U3芯片的引脚20的相应端口相互连接；所述复杂可编程逻辑器件U2芯片的引脚21、 31、 44、 62、 69、 75、 84和100的相应端口相互并行连接后接地；所述复杂可编程逻辑器件U2芯片的引脚97、 96和22分别与驱动芯片U3芯片的引脚18、 16、 14相应端口相互并行连接；引脚 95与J2插座的引脚2的相应端口相互连接；所述复杂可编程逻辑器件U2芯片的引脚33、 32、 30、 29、 20、 19、 16和15分别与J2插座的引脚54、 53、 52、 51、 48、 47、 45 和44的相应端口相互连接；引脚14和17分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全球定位系统实时软件接收机，该装置有复杂可编程逻辑器件、总线、接口、天线、移位寄存器、存储器、插座、Ａ／Ｄ和计算机，所述计算机（１０）内设有３２位数字信号采集卡（２），３２位数字信号采集卡（２）插在计算机主机板周边元件扩展接ＰＣＩ插槽上，通过周边元件扩展接口ＰＣＩ总线将数据发送给计算机，该计算机通过天线（４）接收来自全球定位系统ＧＰＳ卫星的无线导航信号，经由射频信号采样模块（３１）后，将２位数字信号传递到串并转换（３３）模块，经串并转换（３３）模块的输出信号通过基于通用处理器的计算机，而非全球定位系统ＧＰＳ专用基带处理芯片进行基带信号的处理，各模块组合为一整体的软件接收机，其特征在于：该装置至少包括：一信号采样传输模块（３）中由射频信号采样模块（３１）和串并转换接口模块（３２）组成，天线（４）与信号采样传输模块（３）中的射频信号采样模块（３１）的输入端相连接，射频信号采样模块（３１）将天线（４）输入的无线导航信号采样并数模转换，射频信号采样模块（３１）的输入输出端和串并转换接口模块（３２）的输出输入端相互连接，串并转换接口模块（３２）的输出端输出数字信号传递至３２位数字信号采集卡（２）的输入端；一计算机软件处理模块（１）由采样信号与本地信号相关处理（１１）和信号捕获、跟踪、同步、导航解算（１２）模块组成，采样信号与本地信号相关处理（１１）的输入输出端与信号捕获、跟踪、同步、导航解算（１２）模块的输出输入端相互连接；一３２位数字信号采集卡（２）通过周边元件扩展接口ＰＣＩ总线与计算机软件处理模块（１）中的采样信号与本地信号相关处理（１１）的输入端相互连接，计算机（１０）与３２位数字信号采集卡（２）之间为相互电连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟传润，战兴群，胡华，孟祥夫，张婧，李实，刘峻宁，宋嫡儿，
申请(专利权)人：上海伽利略导航有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[]