CN101872008A - 一种北斗卫星导航系统接收模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种北斗卫星导航系统接收模块，包括依次电连接的变频器、带通滤波器、GPS射频芯片和数字接收处理器；变频器对低噪声放大器输出的北斗卫星信号变频，得到载波频率在GPS L1频率的信号；带通滤波器让载波频率变换到GPS L1频率的北斗卫星信号通过，并滤除变频器输出的其它频率信号及带外噪声；GPS射频芯片对载波频率为GPS L1频率的北斗信号进行放大、二次变频、滤波、AD转换，得到数字基带信号或数字中频信号；数字接收处理器对GPS射频芯片输出的信号再进行数字正交下变频、解扩、解调、译码、解算等处理，实现定位、授时等功能。本发明可以显著降低北斗卫星接收模块的成本、功耗和体积。

Description

一种北斗卫星导航系统接收模块

技术领域

本发明涉及一种卫星导航系统的接收模块，具体说是一种北斗卫星导航系统接收模块。

背景技术

“北斗一号”卫星导航系统为我国自主开发的卫星导航定位、授时系统，利用该系统可以实现定位、导航、精确授时。接收模块及接收机是北斗卫星系统的重要组成部分。用户利用接收模块可以进行定位及授时，在定位、导航和通信领域有着广泛的应用。接收模块可以嵌入其它需要定位或授时的设备内部，也可与天线和低噪声放大器(LNA)一体安装。现有接收模块主要由射频通道和数字接收处理部分组成，如附图1所示，射频通道包括射频放大、第一次变频、AGC放大、第二次变频、低通滤波、AD转换器等。由于北斗一号卫星导航系统使用专用频率发射信号，现有接收模块一般要使用多个通用器件来实现射频通道，这就导致北斗导航系统现有的接收模块成本、功耗较高，而且接收模块的体积较大。现有北斗一号专用接收通道芯片虽然减小了射频通道的体积，但仍然存在功耗较大(约600毫瓦)、成本较高(800元以上)的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有北斗卫星导航系统接收模块存在的问题，提供一种低成本、低功耗、小体积的北斗卫星导航系统接收模块。

技术方案：一种北斗卫星导航系统接收模块，它包括依次电连接的变频器、带通滤波器、GPS射频芯片和数字接收处理器；变频器对低噪声放大器输出的北斗一号卫星信号进行变频，得到载波频率在GPS L1频率的信号；带通滤波器让载波频率变换到GPS L1频率的北斗一号卫星信号通过，同时滤除变频器输出的其它频率信号及带外噪声；GPS射频芯片对载波频率为GPS L1频率的北斗信号进行放大、二次变频、滤波、AD转换，得到数字基带信号或数字中频信号；数字接收处理器对GPS射频芯片输出的数字基带信号或数字中频信号再进行数字正交下变频、解扩、解调、译码、解算处理，实现定位、授时功能。

其中，所述的GPS L1频率为1574.92～1575.92MHz。

其中，变频器的输入端电连接有放大器，该放大器视具体情况设置。

其中，所述的带通滤波器为GPS L1频点带通滤波器。

本发明的接收模块，采用一种新的北斗卫星导航系统接收模块射频通道来实现。即使用体积小、成本低的通用变频芯片，先把北斗卫星信号载波频率变换到GPS L1频率范围内；然后使用GPS L1频点的带通滤波器进行滤波，用GPS射频芯片对变频到GPS频率的北斗信号进行放大、变频、滤波、AD转换，得到数字基带信号或数字中频信号；再由数字接收处理器进行接收处理，实现数字正交下变频、解扩、解调、译码、解算等处理，实现定位、授时等功能，以达到减少射频通道器件数量、进而减小模块体积，降低模块成本及功耗的目的。

有益效果：(1)本发明的北斗卫星导航系统接收模块与现有技术相比，在射频通道部分仅使用1个变频芯片和1个GPS射频芯片，使用的器件大大减少，所占电路板面积可减小到2平方厘米以下，从而使整个接收模块的体积减小。(2)由于GPS射频芯片专门针对低功耗GPS终端设计，其功耗不到100毫瓦，加上变频器及放大器，整个射频通道部分的功耗可以降低到300毫瓦以下。(3)由于变频器和GPS射频芯片的产量都非常大，其售价都在几美元，从而使批量北斗卫星系统接收模块的射频通道部分的成本可以降低到150元左右。

附图说明

下面结合附图对本发明做更进一步的说明。

图1为现有北斗卫星导航系统接收模块的结构框图。

图2为本发明的北斗卫星导航系统接收模块的结构框图。

图3为MAX2769芯片原理框图。

具体实施方式：

如图1所示，现有的北斗卫星导航系统接收模块的射频通道一般主要包括依次电连接的第一混频器、第一中频带通滤波器、第一中频可变增益放大器、第二混频器、第二中频带通滤波器、第二中频放大器和模数转换器。数字接收处理器一般由实现数字正交下变频、扩频码捕获与跟踪、解调和译码等功能的可编程逻辑阵列(FPGA)，以及实现位置、时间解算等信息处理功能的微处理器组成。在第一混频器，载波频率为2491.75MHz的北斗一号卫星信号与第一本振信号混频，得到频率为200～900MHz的第一中频信号(第一中频具体频率可以有多种选择)；经第一中频带通滤波器滤波后，第一中频信号送给后面的第一中频可变增益放大器，该放大器对接收信号进行放大，其增益一般根据接收信号功率的大小自动调整，该级放大器通常又称为AGC放大器；经AGC放大后的第一中频信号在第二混频器与第二本振信号混频，得到频率约为12.24MHz的第二中频信号；第二中频带通滤波器一般为低通滤波器，它滤除掉第二混频器产生的和频分量和高频噪声；第二中频信号经第二中频放大器进一步放大后，再由模数转换器得到数字中频信号，模数转换器一般采用8比特转换器。

本发明的原理是把北斗一号卫星信号的频率变换到GPS L1频率，然后用GPS芯片实现接收射频通道功能，数字处理部分仍然采用现有技术。本发明的接收模块可应用于接收机或其他需要定位、授时的设备内，本实施例以应用于接收机为例来加以说明。接收模块安装于接收机内，接收机还包括有接收天线和低噪声放大器等。

如图2所示，实施例包括依次电连接的放大器5、变频器1、带通滤波器2、GPS射频芯片3和数字接收处理器4。接收机的接收天线接收到的北斗一号卫星信号经低噪声放大器放大后，送给放大器5进行放大，当低噪声放大器增益与连接低噪声放大器与本接收模块的射频电缆损耗之差大于40dB时，可以不使用放大器5。经放大器5放大后的北斗一号信号送给变频器1，变频器1可采用RF Micro Devices公司(RFMD公司)的内置频率合成器变频芯片，如RF2051、RF2052、RF2053。变频器1将载波频率为2491.75MHz的北斗一号卫星信号与频率为916.33MHz的本振信号进行混频，得到载波频率为GPS L1频率的信号。根据实际情况，可以适当改变本振频率，得到载波频率在1574.92～1575.92MHz，即1575.42±0.5MHz范围内的信号，但最佳频率为1575.42MHz。带通滤波器2为GPS L1频点带通滤波器，可采用TRIQUINT公司856561等声表面波滤波器。带通滤波器2让变频到1575.42MHz的北斗一号卫星信号通过，送给后面的GPS射频芯片3。GPS射频芯片3可以采用Maxim公司MAX2769，图3所示为MAX2769的电路原理图，该芯片由低噪声放大器、正交混频器、可变增益放大器、AD转换器以及频率合成器组成。变频到GPS L1频率的北斗一号卫星信号可由第25脚或第27脚送给芯片内部低噪声放大器(LNA)进行放大，放大后的信号从第2脚输出，然后从第5脚送给芯片内部的正交变频器；在正交变频器中，载波频率为GPS L1频率的信号与芯片内部VCO经移相器输出的正交本振信号混频；正交混频器输出经片内滤波器(FILTER)滤波后，得到正交基带模拟信号；正交基带模拟信号经芯片内部可变增益放大器放大，以及模数转换(ADC)后，得到比特量化的数字基带信号，从第20、21、17、18脚输出。从而实现现有的北斗一号接收模块的射频通道功能。数字接收处理器4对数字基带信号或数字中频信号进行接收处理，实现对北斗信号的接收，进而实现定位、授时。

本发明使用广泛应用于通信、广播电视的通用变频芯片，以及大量用于GPS接收机中的GPS射频芯片，与现有北斗卫星导航系统的接收模块相比可以在实现相同功能的基础上，大大减小接收模块的体积，显著降低接收模块的成本和功耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种北斗卫星导航系统接收模块，其特征在于：它包括依次电连接的变频器(1)、带通滤波器(2)、GPS射频芯片(3)和数字接收处理器(4)；

变频器(1)：对低噪声放大器输出的北斗卫星信号进行变频，得到载波频率在GPS L1频率的信号；

带通滤波器(2)：让载波频率变换到GPS L1频率的北斗卫星信号通过，同时滤除变频器输出的其它频率信号及带外噪声；

GPS射频芯片(3)：对载波频率为GPS L1频率的北斗信号进行放大、二次变频、滤波、AD转换，得到数字基带信号或数字中频信号；

数字接收处理器(4)：对GPS射频芯片输出的数字基带信号或数字中频信号再进行数字正交下变频、解扩、解调、译码、解算处理，实现定位、授时功能。

2.根据权利要求1所述的北斗卫星导航系统接收模块，其特征在于：所述的GPS L1频率为1574.92～1575.92MHz。

3.根据权利要求1所述的北斗卫星导航系统接收模块，其特征在于：变频器(1)的输入端电连接有放大器(5)。

4.根据权利要求1所述的北斗卫星导航系统接收模块，其特征在于：所述的带通滤波器(2)为GPS L1频点带通滤波器。

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