CN103529464A - 基于北斗卫星系统的终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于北斗卫星系统的终端设备，包括中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统、电源模块和存储系统；使导航定位不再受限于国外卫星系统的制约，产品可以应用于敏感部门；使敏感数据不再依靠民用网络和互联网络进行传输；使数据传输不再需要基站，没有基站覆盖的区域也可以进行定位和监控，大大拓展了定位终端的应用领域；集成环境监测传感器，成为移动环境监测终端。
Description
基于北斗卫星系统的终端设备
技术领域
[0001] 本发明涉及卫星定位、导航、通信技术领域，特别是涉及一种基于北斗卫星系统的终端设备。
背景技术
[0002] 目前在国内市场上存在的卫星定位终端设备主要有两种的:基于GPS (GlobalPositioning System,全球定位系统)的设备和基于北斗卫星系统的设备。GPS终端经过几十年的发展，已经非常成熟。但是，由于GPS系统是美国研发和运营的卫星系统，国内的涉密部门和关键民用领域无法用于开展业务。北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。
[0003] 北斗卫星导航系统同时具备定位与通信功能，相对于GPS有自己独到的优势，但在民用领域的应用很不充分，GPS在民用市场占据绝大部分的份额。北斗导航系统在民用领域有着良好的前景，影响、制约北斗系统在民用领域获得广泛应用的主要因素就是系统用户终端。
[0004]目前市场上的北斗定位终端，在数据回传方面，因为成本因素，普遍采用GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线服务技术)通道,通过互联网络回传到指挥中心。这种技术体系存在的主要问题是:1、数据回传过程需要接入互联网络；但是在部队、公安等涉密领域和各国家机关、关键要害部门，业务数据绝对不能接入互联网络。2、数据回传必须依赖于无线基站，山区、海洋等基站不能覆盖的区域无法进行数据传输。由于以上技术上的原因，基于GPRS通道进行数据传输的北斗定位设备，基本上无法进入上述主流市场。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明提出一种基于北斗卫星系统的终端设备。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的:
[0007] 一种基于北斗卫星系统的终端设备，包括中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统、电源模块和存储系统；
[0008] 所述卫星定位系统接收北斗卫星系统发送的射频信号，经放大、相关、混频处理后，解译出北斗卫星系统所发送的导航电文；
[0009] 所述传感器解码系统采集方向、坐标、海拔、速度、气压、温度、天气、风向、风速信息中的至少一种；
[0010] 所述中央控制系统从所述导航电文中进一步解析出定位信息；所述中央控制系统将传感器解码系统采集的信息进一步解析和处理；所述中央控制系统接收所述信息传送系统传送的外部请求命令并指令相应设备执行；
[0011] 所述信息传送系统将中央控制系统进一步处理后的定位信息和传感器解码系统采集的信息传送给外部相应的解析和显示设备，并将外部请求命令传送给中央控制系统；
[0012]所述存储系统以 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)为内部存储器、以NAND Flash为外部存储器；
[0013] 所述电源模块为中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统和存储系统供电。
[0014] 进一步地，所述传感器解码系统包括方向传感器、坐标传感器、海拔传感器、速度传感器、气压传感器、温度传感器、天气传感器、风向传感器和风速传感器中的至少一种。
[0015] 进一步地，所述卫星定位系统包括北斗接收模块和北斗二代天线。
[0016] 进一步地，所述北斗接收模块为UM220北斗/GPS双系统导航/授时模块。
[0017] 进一步地，所述中央控制系统米用AM335X微控制器。
[0018] 进一步地，所述UM220北斗/GPS双系统导航/授时模块的串口引脚通过MAX3232电平转换芯片与AM335X微控制器的串口连接。
[0019] 本发明主要应用于以下环节:
[0020] 1、作为地理信息系统的配套信息采集终端，全面提升电子地图系统、地理信息系统的整体功能和应用价值。
[0021] 2、作为各种通信车、指挥车的导航、定位，作战区域海拔、温度、气压等自然、地理环境等作战参数监测。
[0022] 3、作为作战装甲车、运兵车的定位、导航、作战区域空间信息采集和作战环境信息分析使用。
[0023] 4、作为各种环境监测系统的配套采集终端使用。如消防车，特种环境监测车等。
[0024] 5、作为特种部队狙击手的风向、风速观测设备，为射手提供当前环境的实时精确风向、风速。测量分辨率:风速0.01米/秒，风向I度；反应时间:0.25秒；测量精度:风速不大于12米/秒时，测量误差为风速±2%，风向±3%。
[0025] 6、作为移动气象站，为用户直接提供当前气象信息，以及未来6-8小时短期气象预报。
[0026] 本发明主要适合以下用户和环境:
[0027] 1、作为各类地理信息系统的配套硬件，提升系统应用价值。
[0028] 2、作为军队、公安、武警、消防、森林防火、安监、应急救援、环境监测、现代农业等各类机构和特种车辆的导航、定位和信息测量、监测的前端设备。
[0029] 3、作为各种重大卫生、环境污染事件、重大自然灾害等情况下计算风向、风速、测算地理位置和疏散区域与方向等辅助决策和指挥调度工具。
[0030] 本发明的技术特点:
[0031] 1、本发明提供了丰富的环境和空间信息测量信息:
[0032] 如:方向、坐标、海拔、速度、气压、温度、天气、风向、风速。
[0033] 2、本发明提供简洁的第三方数据接口:可以直接集成到各种指挥系统平台、各种电子地图应用平台。
[0034] 3、本发明支持本地应用和远程网络应用:可以通过串口协议实现本地系统集成应用，也可以通过IP-UPD网络端口协议，支持各种远程网络和大型系统应用。
[0035] 本发明的有益效果为:
[0036] 1、使导航定位不再受限于国外卫星系统的制约，产品可以应用于敏感部门。
[0037] 2、使敏感数据不再依靠民用网络和互联网络进行传输。
[0038] 3、使数据传输不再需要基站，没有基站覆盖的区域也可以进行定位和监控，大大拓展了定位终端的应用领域。
[0039] 4、集成环境监测传感器，成为移动环境监测终端。
附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041] 图1为本发明的结构框图。
具体实施方式
[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 如图1所示，本实施例中的基于北斗卫星系统的终端设备，包括中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统、电源模块和存储系统；
[0044] 所述卫星定位系统接收北斗卫星系统发送的射频信号，经放大、相关、混频处理后，解译出北斗卫星系统所发送的导航电文；
[0045] 所述传感器解码系统采集方向、坐标、海拔、速度、气压、温度、天气、风向、风速信息中的至少一种；
[0046] 所述中央控制系统从所述导航电文中进一步解析出定位信息；所述中央控制系统将传感器解码系统采集的信息进一步解析和处理；所述中央控制系统接收所述信息传送系统传送的外部请求命令并指令相应设备执行；由于ARM芯片具有性能高、价格低、功耗低等特点，在嵌入式领域得到越来越广泛的应用，本发明采用基于ARM Cortex-AS架构的AM335X微控制器负责整个系统的控制。
[0047] 所述信息传送系统将中央控制系统进一步处理后的定位信息和传感器解码系统采集的信息传送给外部相应的解析和显示设备，并将外部请求命令传送给中央控制系统；
[0048] 所述存储系统以SDRAM为内部存储器、以NAND Flash为外部存储器；
[0049] 所述电源模块为中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统和存储系统供电。
[0050] 进一步地，所述传感器解码系统包括方向传感器、坐标传感器、海拔传感器、速度传感器、气压传感器、温度传感器、天气传感器、风向传感器和风速传感器中的至少一种。
[0051] 进一步地，所述卫星定位系统包括北斗接收模块和北斗二代天线。本实施例中北斗接收模块采用和芯星通科技有限公司的UM220北斗/GPS双系统导航/授时模块，负责导航电文的解码和信号处理。通常情况下，北斗接收模块通过北斗二代天线接收北斗卫星发送的射频信号，经放大、相关、混频等一系列处理后，解译出北斗卫星所发送的导航电文，AM335X微控制器从导航电文中进一步解析出纬度、精度、速度、时间等定位信息。
[0052] 卫星定位系统的核心是UM220模块，具有尺寸小、重量轻、超低功耗(仅350mW)的特点，能够同时支持BD2B1、GPS LI两个频点。UM220模块外形尺寸紧凑，采用SMT焊盘，支持标准取放及回流焊接全自动化集成，尤其适用于低成本、低功耗领域。UM220模块无需外接 CPU 即可直接输出 NMEA 数据，并且支持 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步收发传输器)等多种接口。
[0053] UM220模块主要由RF前端、数字中频滤波、微处理器、存储单元等组成，上电完成初始自检后，自动接收来自北斗二代天线的北斗射频信号，经变频、放大、相关、混频等一系列处理后，完成并行通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪，并测出信号从北斗卫星到接收天线的传播时间，解译出北斗卫星所发送的导航电文，最后由串口输出NMEA-0183数据。UM220模块的串口引脚通过MAX3232电平转换芯片与AM335X的串口连接，使其接收RMC模式下NAME格式的北斗定位数据。
[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于北斗卫星系统的终端设备，其特征在于:包括中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统、电源模块和存储系统； 所述卫星定位系统接收北斗卫星系统发送的射频信号，经放大、相关、混频处理后，解译出北斗卫星系统所发送的导航电文； 所述传感器解码系统采集方向、坐标、海拔、速度、气压、温度、天气、风向、风速信息中的至少一种； 所述中央控制系统从所述导航电文中进一步解析出定位信息；所述中央控制系统将传感器解码系统采集的信息进一步解析和处理；所述中央控制系统接收所述信息传送系统传送的外部请求命令并指令相应设备执行； 所述信息传送系统将中央控制系统进一步处理后的定位信息和传感器解码系统采集的信息传送给外部相应的解析和显示设备，并将外部请求命令传送给中央控制系统； 所述存储系统以SDRAM为内部存储器、以NAND Flash为外部存储器； 所述电源模块为中央控制系统、卫星定位系统、传感器解码系统、信息传送系统和存储系统供电。
2.如权利要求1所述的基于北斗卫星系统的终端设备，其特征在于:所述传感器解码系统包括方向传感器、坐标传感器、海拔传感器、速度传感器、气压传感器、温度传感器、天气传感器、风向传感器和风速传感器中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的基于北斗卫星系统的终端设备，其特征在于:所述卫星定位系统包括北斗接收模块和北斗二代天线。
4.如权利要求3所述的基于北斗卫星系统的终端设备，其特征在于:所述北斗接收模块为UM220北斗/GPS双系统导航/授时模块。
5.如权利要求4所述的基于北斗卫星系统的终端设备，其特征在于:所述中央控制系统采用AM335X微控制器。
6.如权利要求5所述的基于北斗卫星系统的终端设备，其特征在于:所述UM220北斗/GPS双系统导航/授时模块的串口引脚通过MAX3232电平转换芯片与AM335X微控制器的串口连接。
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