CN104155665A - 基于导航信号的高精度通道测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于导航信号的高精度通道测量装置，它涉及导航卫星的数字多波束天线的通道时延、幅度、相位一致性的标校测量，包括基准测量通道的解扩处理单元、基准通道的观测量提取单元、被测通道的解扩处理单元、被测通道观测量提取单元、测量单元和电源变换单元。本发明采用扩频测量体制实现对数字多波束基准通道和被测通道的通道测量、校准。本发明具有设计思想新颖、测量精度高、集成化程度高、体积小、重量轻、可靠性高等特点，特别适用于发射导航信号的数字多波束天线通道一致性测量和校准，也可用于其他领域的相控阵体制天线的测量和校准。

Description

基于导航信号的高精度通道测量装置
技术领域
本发明涉及无线电导航测量领域中的一种基于导航信号的高精度通道测量装置，适用于用作在卫星导航系统中地面测控设备的数字多波束系统的通道一致性校准，可用于提高波束形成的质量。
背景技术
目前，用于导航信号的高精度通道校准的设备一般是矢量信号分析仪，存在功能单一、价格昂贵的缺点。本发明装置，用一种简单有效的方法实现数字多波束的通道一致性的校准，具备功能多、价格便宜的优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种对用于导航卫星测控的数字多波束天线进行通道一致性测量的装置。采用扩频伪码测距技术实现，本发明具有功能强、精度高、集成度高、结构紧凑、低成本、低功耗，能实时提供用于导航测控的数字多波束天线通道一致性的测量和标校。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于导航信号的高精度通道测量装置，包括基准测量通道的解扩处理单元1、基准通道的观测量提取单元2、被测通道的解扩处理单元3、被测通道观测量提取单元4、测量单元5和电源变换单元6；其特征在于：基准测量通道的解扩处理单元1将外部输入的基准导航信号和时频信号进行解扩处理，得到基准导航信号的伪码数据、载波数据和幅度数据；基准通道的观测量提取单元2在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元1输出的基准导航信号的伪码、载波数据和幅度数据进行提取，得到基准导航信号的幅度、时延和相位；被测测量通道的解扩处理单元3将外部输入的被测导航信号和时频信号进行解扩处理，得到被测导航信号的伪码数据、载波数据和幅度数据；被测通道的观测量提取单元4在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元1输出的被测导航信号的伪码、载波数据和幅度数据进行提取，得到被测导航信号的幅度、时延和相位；测量单元5对基准通道的观测量提取单元2输出的基准导航信号的幅度、时延、相位与被测通道的观测量提取单元4输出的被测导航信号的幅度、时延、相位进行一一对应比较，提取出幅度差、时延差和相位差并对外进行输出。
其中，所述的基准通道的观测量提取单元2包括第一幅度测量锁存器、第一时延测量锁存器和第一相位测量锁存器；第一幅度测量锁存器在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元1输出的幅度数据进行锁存，得到基准导航信号的幅度并输出给测量单元5；第一时延测量锁存器在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元1输出的伪码数据进行锁存，得到基准导航信号的时延并输出给测量单元5；第一相位测量锁存器在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元1输出的载波数据进行锁存，得到基准导航信号的相位并输出给测量单元5。
其中，所述的被测通道的观测量提取单元4包括第二幅度测量锁存器、第二时延测量锁存器和第二相位测量锁存器；第二幅度测量锁存器在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元3输出的幅度数据进行锁存，得到被测导航信号的幅度并输出给测量单元5；第二时延测量锁存器在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元3输出的伪码数据进行锁存，得到被测导航信号的时延并输出给测量单元5；第二相位测量锁存器在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元3输出的载波数据进行锁存，得到被测导航信号的相位并输出给测量单元5。
其中，所述的测量单元5包括除法器、第一减法器和第二减法器；所述的除法器将基准通道的观测量提取单元2输出的基准导航信号的幅度和被测通道的观测量提取单元4输出的被测导航信号的幅度进行相除，得到两者的幅度差并对外进行输出；所述的第一减法器将基准通道的观测量提取单元2输出的基准导航信号的时延和被测通道的观测量提取单元4输出的被测导航信号的时延进行相减，得到两者的时延差并对外进行输出；所述的第二减法器将基准通道的观测量提取单元2输出的基准导航信号的相位和被测通道的观测量提取单元4输出的被测导航信号的相位进行相减，得到两者的相位差并对外进行输出。
其中，所述的基准测量通道的解扩处理单元1和被测通道的解扩处理单元3的结构完全相同。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明主机采用导航信号扩频体制进行通道一致性的标校和测量，具有测量精度高，造价低的优点。
2.本发明采用的扩频信号形式，具有信号形式简单，集多种功能于一体。可实现多种测量功能。
3.本发明整个电路部件采用高度集成可编程器件，结构紧凑、具有体积小、高可靠、功耗低的特点。
附图说明
图1是本发明的电原理方框图。
图2是本发明具体实施例的电原理方框图
具体实施方式
参照图1和图2，下面对本发明作进一步说明。
一种基于导航信号的高精度通道测量装置，包括基准测量通道的解扩处理单元1、基准通道的观测量提取单元2、被测通道的解扩处理单元3、被测通道观测量提取单元4、测量单元5和电源变换单元6；实施例按图1进行连接线路。
所述的基准信号测量通道的解扩处理单元1主要由第一载波环路滤波器1-1、第一载波NCO1-2、第一鉴相器1-3、第一DDC1-4、第一相关积累器1-5、第一伪码发生器1-6、第一伪码NCO1-7、第一伪码环路滤波器1-8、第一DLL鉴相器1-9组成；该单元完成对导航信号的伪码跟踪和载波跟踪，为观测量提取单元(2)提供数据。
所述的基准信号测量通道观测量提取单元2主要有第一幅度测量锁存器2-1、第一时延测量锁存器2-2和第一相位测量锁存器2-3。该单元主要在时频基准信号控制下，完成观测量的提取上报，为测量单元5提供数据。
所述的被测信号测量通道的解扩处理单元3主要由第二载波环路滤波器3-1、第二载波NCO3-2、第二鉴相器3-3、第二DDC3-4、第二相关积累器3-5、第二伪码发生器3-6、第二伪码NCO3-7、第二伪码环路滤波器3-8、第二DLL鉴相器3-9组成；该单元完成对导航信号的伪码跟踪和载波跟踪，为观测量提取单元(4)提供数据。
所述的被测信号测量通道观测量提取单元4主要有第二幅度测量锁存器4-1、第二时延测量锁存器4-2和第二相位测量锁存器4-3。该单元主要在时频基准信号控制下，完成观测量的提取上报，为测量单元5提供数据。
所述的测量单元5包括除法器3-1、第一减法器3-2和第二减法器3-3；其中第一除法器完成被测导航信号幅度值除基准导航信号幅度的运算，计算出两者的幅度差；其中第一减法器完成被测导航信号时延值减去基准导航信号时延的运算，计算出两者的时延差；其中第二减法器完成被测导航信号载波相位值减去基准导航信号载波相位的运算，计算出两者的相位差。
本发明的简要工作原理：基准通道和发射通道采用相同的设计，以保证两个通道的一致性，工作原理相同；基准信号测量通道对基准导航信号进行接收测量，完成基准导航信号的幅度、时延、相位测量；被测信号测量通道对被测导航信号进行接收测量，完成被测导航信号的幅度、时延、相位测量；测量单元完成了两个通道信号幅度差、时延差、相位差的测量；的由于两个通道的设计一致性，保证了两者的差异仅仅是由于基准信号和被测信号本身差异造成的，保证了测量准确性。
接收的导航信号中，包含了测距伪码和载波相位信息，基准中频信号和发射通道中频信号首先经过A/D采样，获得并行的数字中频信号，该信号实际上为输入中频信号的数字频谱延拓信号，必须经过滤波后才能获取所需的接收信号。工程设计选用81.838MHz采样频率，一方面对于时频基准而言该频率的获得比较简单，另一方面利用该频率采样既有利于数字化采样后拓展频谱的滤波，又有利于对5.115Mcps的伪码测距等效滑动采样有利，以消除采样间隔模糊。输入中频信号的中心频率为61.38MHz，数字化采样并经过数字低通滤波处理后获得待处理的数字中频信号。
数字下变频一般采用正交数字下变频处理，获得I、Q两路信号，标校处理单元采用两个同步的数字下变频器，同步对输入的基准数字中频信号和和发射通道数字中频信号进行数字下变频，同步进行相关解扩处理，然后将相关积累结果进行数学运算，获得高精度测量数据，测量数据在基准时频的控制下完成观测量的提取上报。提取的观测量送至测量单元，完成基准通道信号和被测通道信号的差异测量，送后继单元进行处理。
本发明安装结构如下：
解扩单元和观测量提取单元采用高集成度的FPGA芯片实现，芯片电装到高集成度的印制板来完成，考虑到电缆连线方便及空间的有效利用，所有电路集成到一块印制板上，安装在一个2U的标准机箱内，利用后面板实现与外部信号的互联。
印制板尺寸为：300mm×350mm。

Claims (5)

1.一种基于导航信号的高精度通道测量装置，包括基准测量通道的解扩处理单元(1)、基准通道的观测量提取单元(2)、被测通道的解扩处理单元(3)、被测通道观测量提取单元(4)、测量单元(5)和电源变换单元(6)；其特征在于：基准测量通道的解扩处理单元(1)将外部输入的基准导航信号和时频信号进行解扩处理，得到基准导航信号的伪码数据、载波数据和幅度数据；基准通道的观测量提取单元(2)在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元(1)输出的基准导航信号的伪码、载波数据和幅度数据进行提取，得到基准导航信号的幅度、时延和相位；被测测量通道的解扩处理单元(3)将外部输入的被测导航信号和时频信号进行解扩处理，得到被测导航信号的伪码数据、载波数据和幅度数据；被测通道的观测量提取单元(4)在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元(1)输出的被测导航信号的伪码、载波数据和幅度数据进行提取，得到被测导航信号的幅度、时延和相位；测量单元(5)对基准通道的观测量提取单元(2)输出的基准导航信号的幅度、时延、相位与被测通道的观测量提取单元(4)输出的被测导航信号的幅度、时延、相位进行一一对应比较，提取出幅度差、时延差和相位差并对外进行输出。
2.根据权利要求1所述的基于导航信号的高精度通道测量装置，其特征在于：所述的基准通道的观测量提取单元(2)包括第一幅度测量锁存器、第一时延测量锁存器和第一相位测量锁存器；第一幅度测量锁存器在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元(1)输出的幅度数据进行锁存，得到基准导航信号的幅度并输出给测量单元(5)；第一时延测量锁存器在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元(1)输出的伪码数据进行锁存，得到基准导航信号的时延并输出给测量单元(5)；第一相位测量锁存器在时频信号的控制下对基准测量通道的解扩处理单元(1)输出的载波数据进行锁存，得到基准导航信号的相位并输出给测量单元(5)。
3.根据权利要求1所述的基于导航信号的高精度通道测量装置，其特征在于：所述的被测通道的观测量提取单元(4)包括第二幅度测量锁存器、第二时延测量锁存器和第二相位测量锁存器；第二幅度测量锁存器在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元(3)输出的幅度数据进行锁存，得到被测导航信号的幅度并输出给测量单元(5)；第二时延测量锁存器在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元(3)输出的伪码数据进行锁存，得到被测导航信号的时延并输出给测量单元(5)；第二相位测量锁存器在时频信号的控制下对被测测量通道的解扩处理单元(3)输出的载波数据进行锁存，得到被测导航信号的相位并输出给测量单元(5)。
4.根据权利要求1所述的基于导航信号的高精度通道测量装置，其特征在于：所述的测量单元(5)包括除法器、第一减法器和第二减法器；所述的除法器将基准通道的观测量提取单元(2)输出的基准导航信号的幅度和被测通道的观测量提取单元(4)输出的被测导航信号的幅度进行相除，得到两者的幅度差并对外进行输出；所述的第一减法器将基准通道的观测量提取单元(2)输出的基准导航信号的时延和被测通道的观测量提取单元(4)输出的被测导航信号的时延进行相减，得到两者的时延差并对外进行输出；所述的第二减法器将基准通道的观测量提取单元(2)输出的基准导航信号的相位和被测通道的观测量提取单元(4)输出的被测导航信号的相位进行相减，得到两者的相位差并对外进行输出。
5.根据权利要求1所述的基于导航信号的高精度通道测量装置，其特征在于：所述的基准测量通道的解扩处理单元(1)和被测通道的解扩处理单元(3)的结构完全相同。
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