地面GPS信号发射器制造技术

本发明专利技术公开了一种地面ＧＰＳ发射器，包括基准时钟，可编程逻辑器、导航电文（Ｄ码）电路、锁相环电路、混频器、放大器、发射天线；基准时钟采用温度补偿晶体振荡器，基准时钟分别向锁相环电路和可编程逻辑器发送基频信号；锁相环电路将依据基频信号而产生的Ｌ１载波经带通滤波器去噪后传送给混频器；可编程逻辑器在基准频率下产生连续的Ｃ／Ａ码与导航电文电路送来的导航电文模２和形成合成码，发送至混频器；混频器将合成码以ＢＰＳＫ方式调制在Ｌ１载波上，形成ＧＰＳ信号，后经带通滤波器滤噪，再经放大由发射天线向空中发射。本发明专利技术成本低，结构简单，便于携带，安装方便，适合作工程仪器在工程监测中使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地面GPS信号发射器。
技术介绍
全球定位系统GPS作为当今最先进的测量手段之一，其精密定位理论和技术已在大地测量、地壳运动监测、精密工程测量以及导航等诸多领域得到了广泛的应用。在实际工程运用中GPS定位的精度、可用性以及可靠性主要取决于跟踪到的可见星数目及其分布的几何图形这两个重要因素。但对于城市高楼密集区和位于深山峡谷的水库、电站、矿山等环境下，由于受到地形及周围环境的影响，使接收到的GPS卫星数目通常不能满足定位的最低要求，而且分布不均匀，导致GPS定位精度大大降低，限制了其在以上领域的应用。由于GPS卫星轨道距地面2万多公里，用户接收机通常只能接收具有一定高度角的GPS卫星星号，受该条件的限制，其在垂直方向上的定位精度较差，通常是水平定位误差的2-3倍，不能满足大坝、桥梁和高层建筑物安全监测等精密定位领域要求。目前在室内、地下、隧道还无法直接使用GPS信号来进行导航定位。除此之外，以目前GPS卫星的配置方案，一旦有一颗卫星发生故障，或者由于某种原因接收不到GPS信号，几何配置不当的缺陷将会更加突出。可以看到单一的GPS定位系统存在以上缺陷，如此我们就考虑可不可以在不改变目前发展成熟的GPS定位理论技术和方法，和商业成熟化的接收设备前提下，将天空中运行的GPS卫星安置在地面，利用地面卫星发射装置来完成天上运行的卫星所完成的工作。提出“地面伪卫星GPS信号发射装置”，它发射类似于GPS信号来增强GPS导航定位，采用的导航电文格式与GPS基本一致来增强GPS系统，由于伪卫星发射的是类似于GPS的信号，并工作在GPS的频率上，所以用户的GPS接收机可以同时接收GPS信号和地面发射的伪卫星信号，而不必增设另一套伪卫星接收设备。从而在方便用户使用和处理数据的基础上较好弥补GPS定位现存以上提及的缺陷。一种有效的解决方案，就是把天上的卫星GPS发射装置安置在地面。但是存在以下难以解决的问题一是，单就GPS卫星本身来讲，为了保证整体系统时间同步以及提供高精度的时间标准，GPS采用高精度的原子钟，这个也是GPS的核心设备。但原子钟价格昂贵，也造成卫星的成本高，体积大，重量大等特点。因此，它不可能作为工程仪器在工程上商业使用；二是，由于GPS定位技术从诞生伊始就与美国的国防现代化有密切的发展关系，因此造成其精测距码结构复杂，而且其码的细节信息是不公开的保密码，该码的发生电路相对也复杂。这也使得它成本很高，无法作为常备的工程仪器而被普遍使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术存在的缺陷，提供一种低成本、可便携的地面GPS信号发射器。本专利技术为解决现有技术存在的缺陷，采用的技术思路是考虑到要专利技术一种能够为普通用户所能接受的工程工具，要在成本及其便携性上进行考虑设计，为此采用温度补偿晶体振荡器来作为时间基准。但如此一来也造成伪卫星与GPS之间存在时钟同步问题。对于静态观测模式，采用双差可以有效地消除这一误差的绝大部分影响；但动态的情形，对于伪卫星的时钟漂移量及漂移率不确定，求解时将会产生问题。在研究伪卫星钟差特性的基础上，我们提出了一种推求伪卫星时钟钟差变化率的方法，并利用所推导的公式应用实际观测数据进行了计算和分析。在不考虑各项外部误差的情况下，可以对其做出简化。于是各个历元的GPS和伪卫星的伪距观测方程组为GPS:ρ~1=ρ1+(δtRec-δtGPS1)·cρ~2=ρ2+(δtRec-δtGPS2)·c...ρ~k=ρk+(δtRec-δtGPSk)·cPL:ρ~PL=ρPL+(δtRec-δtPL)·c---(1)]]>选取伪卫星为参考星，对式(1)求星间伪距观测值单差，可得(ρ~1-ρ1)-(ρ~PL-ρPL)=δtPL·c-δtGPS1·c(ρ~2-ρ2)-(ρ~PL-ρPL)=δtPL·c-δtGPS2·c...(ρ~k-ρk)-(ρ~PL-ρPL)=δtPL·c-δtGPSk·c---(2)]]>利用式(2)，就可以计算和拟合出伪卫星时钟在各个历元时刻相对于正确GPS时刻的偏差。如此处理便可以保证在使用低成本晶体振荡器代替高精度原子钟情况下的获取同样的精度。由于本专利技术地面GPS发射器的使用大多在范围不大的区域内，实验显示在短基线处理时单双频定位精度是相当的，完全可以满足用户精密定位的需要。出于结构复杂程度、装置的可靠性以及成本的考虑，本地面GPS发射器设计为选用GPS的L1载波1575.42Mhz，用C/A码来调制导航电文。在精度和导航电文不损失的情况下，降低了系统的复杂度，提高其可靠性，还节约了成本。本专利技术地面GPS发射器，包括基准时钟，可编程逻辑器、导航电文(D码)电路、锁相环电路、混频器、放大器、发射天线。锁相环电路由环路滤波器、鉴相器和压控振荡器构成。基准时钟采用温度补偿晶体振荡器，基准时钟分别向锁相环电路和可编程逻辑器发送基频信号；锁相环电路将依据基频信号而产生的L1载波经带通滤波器去噪后传送给混频器；可编程逻辑器(CPLD)在基准频率下产生连续的C/A码，与导航电文(D码)电路每20ms送来的导航电文(D码)模2和形成合成码，发送至混频器。混频器将合成码以BPSK方式调制在L1载波上，形成GPS信号，后经带通滤波器滤掉电路中的噪声，净化后的信号再经放大器放大由发射天线向空中发射。本专利技术地面GPS发射器，由于采用温度补偿晶体振荡器作基准时钟，成本低，结构简单，便于携带，安装方便，适合作工程仪器，在工程监测中使用。附图说明图1、为本专利技术地面GPS发射器结构原理示意图；图2、为PLL电路原理图；图3、为导航电文电路原理图；图4、为合成码发生器(CPLD)设计流程；；图5、为CPLD内部功能模块图；图6、为D码硬件设计结构图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例如图1所示，地面GPS发射器，包括基准时钟，可编程逻辑器、导航电文(D码)电路、锁相环电路、混频器、放大器、发射天线。锁相环电路由环路滤波器、鉴相器和压控振荡器构成。基准时钟采用温度补偿晶体振荡器，基准时钟分别向锁相环电路和可编程逻辑器发送基频信号；锁相环电路将依据基频信号而产生的L1载波经带通滤波器去噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地面ＧＰＳ发射器，包括基准时钟，可编程逻辑器、导航电文（Ｄ码）电路、锁相环电路、混频器、放大器、发射天线；其特征是：基准时钟采用温度补偿晶体振荡器，基准时钟分别向锁相环电路和可编程逻辑器发送基频信号；锁相环电路将依据基频信号而产生的Ｌ１载波经带通滤波器去噪后传送给混频器；可编程逻辑器在基准频率下产生连续的Ｃ／Ａ码与导航电文电路送来的导航电文模２和形成合成码，发送至混频器；混频器将合成码以ＢＰＳＫ方式调制在Ｌ１载波上，形成ＧＰＳ信号，后经带通滤波器滤掉电路中的噪声，净化后的信号再经放大器放大由发射天线向空中发射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何秀凤，桑文刚，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]