CN104267409A - 基于模拟光传输的时钟同源北斗/gps航空增强系统 - Google Patents

基于模拟光传输的时钟同源北斗/gps航空增强系统 Download PDF

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董建明
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Abstract

本发明公开了一种基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统，它涉及航空增强系统四台参考接收机的天线和接收处理板之间的信号光传输、接收处理板集中安装和高精度时钟集中供给。它由天线、低噪放、光发射模块、光纤、光接收模块、接收处理板、多串口卡、工控机和电源等部件组成。本发明使用模拟光传输技术，将北斗/GPS有源天线的信号，通过光纤传送给接收处理板，解决了集中安装方式下的传输距离问题，实现了四台接收机天线间距超过100米，接收处理板集中安装、高精度时钟集中供给。该系统具有抗电磁干扰能力强、便于安装和维护等特点；高精度时钟的统一供给提高了系统的性能和稳定性。

Description

基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统
技术领域
本发明涉及北斗/GPS航空增强应用领域中的一种基于模拟光传输的地基航空增强处理系统，用于民航、通航等机场的飞行器精密进近。特别适用于机场场地限制条件下，地基航空增强处理系统四台参考接收机的天线和基带处理电路之间的信号传输及设备安装。基于该技术体制，实现了四台接收机天线间距超过100米，基带处理电路集中安装、高精度时钟集中供给。
背景技术
北斗和GPS地基增强应用于航空飞行器的精密进近逐步发展为主要技术手段。但现有机场建设时，并未提前考虑卫星导航增强系统设备装置的安装，导致参考接收机与天线之间的距离过长，超出模拟电信号传输距离。
虽然通过参考接收机与天线尽量靠近，采用传输参考接收机数据的方法可解决该问题，但四台参考接收机维护不方便，如需办理场面审批才能进入机场等；且四台参考接收机安装在室外，工作环境恶劣，影响设备稳定性。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，并提供一种基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统，实现了四台块接收处理板的室内集中安装，并可统一提供高精度时钟，进一步提高了系统的性能和稳定性。
本发明北斗/GPS地基航空增强处理系统使用模拟光传输技术，将北斗/GPS有源天线的信号，通过光纤传送给接收处理板，解决了集中安装方式下的传输距离问题。该系统具有抗电磁干扰能力强、便于安装、维护和监测等特点，并实现了时钟的统一供给。
本发明的目的是这样实现的：
基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统，包括第一天线1、第一低噪放2、第一光发射模块3、第一光纤4、第一光接收模块5、第一接收处理板6、第二天线7、第二低噪放8、第二光发射模块9、第二光纤10、第二光接收模块11、第二接收处理板12、第三天线13、第三低噪放14、第三光发射模块15、第三光纤16、第三光接收模块17、第三接收处理板18、第四天线19、第四低噪放20、第四光发射模块21、第四光纤22、第四光接收模块23、第四接收处理板24、时频电路25、多串口卡26、工控机27和电源28；
第一低噪放将第一天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第一光发射模块；第一光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第一光纤传输给第一光接收模块；第一光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第一接收处理板；第一接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口1；
第二低噪放将第二天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第二光发射模块；第二光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第二光纤传输给第二光接收模块；第二光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第二接收处理板；第二接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口2；
第三低噪放将第三天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第三光发射模块；第三光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第三光纤传输给第三光接收模块；第三光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第三接收处理板；第三接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口3；
第四低噪放将第四天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第四光发射模块；第四光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第四光纤传输给第四光接收模块；第四光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第四接收处理板；第四接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口4；
工控机对多串口卡输出的数据进行处理，生成差分数据和完好性信息并进行输出。
其中，第一接收处理板6包括射频信号分路器29、GPSL1信号下变频器30、北斗B1频点下变频器31、第一AD转换器32、第二AD转换器33、基带信号处理器34和信息处理器35；
射频信号分路器29将第一光接入模块5输出的射频信号分为GPS导航信号E和北斗导航信号F；GPS导航信号经GPSL1信号下变频器30变换为模拟中频信号，再由第一AD转换器32转换成数字信号，最后送入基带信号处理器34；北斗导航信号经北斗B1频点下变频器31变换为模拟中频信号，再由第二AD转换器33转换成数字信号，最后送入基带信号处理器34；
基带信号处理器34接收信息处理器35的控制指令，在时频电路输出的时钟信号驱动下完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口1。
其中，时频电路25包括第一时钟36、第二时钟37、时钟监测模块38、时钟切换电路39和时钟分路器40；
第一时钟36输出两路时钟信号C1和C2，将时钟信号C1输出至时钟切换电路39，将时钟信号C2输出至时钟监测模块38；第二时钟37输出两路时钟信号C3和C4，将时钟信号C4输出至时钟切换电路39，将时钟信号C3输出至时钟监测模块38；时钟监测模块38分别对时钟信号C2和时钟信号C3进行监测；时钟切换电路39在时钟监测模块38输出的监测结果指令的控制下，选择时钟信号C1或时钟信号C4的输出；时钟分路器40将时钟切换电路39输出的时钟信号分为时钟A、时钟B、时钟C、时钟D共四路，分别一一对应输出至第一接收处理板6、第二接收处理板12、第三接收处理板18和第四接收处理板24。
其中，第一接收处理板6和第二接收处理板12、第三接收处理板18、第四接收处理板24的组成全部相同。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明采用了模拟光传输技术，将北斗和GPS的射频信号远距离传输，增大了传输距离，可至上千米。实现了机场环境下接收处理板的集中安装于方舱等室内环境，同时提高了系统可靠性。
2.本发明在天线杆处，仅安装天线、低噪放和光发射模块，这些器件不易损坏，解决了天线杆选址于机场场面时的维护问题。
3.本发明采用双备份时钟，可以进行自主切换，对四台接收处理板提供统一、同源的时钟，提高了系统稳定性和性能。
图1是本发明的电原理方框图。
图2是本发明第一接收处理板6、第二接收处理板12、第三接收处理板18、第四接收处理板24四块电路板实施例的电原理图。四块电路板电路完全相同。
图3是本发明时频电路25的实施例的电原理图。
具体实施方式：
参照图1至图3，本发明由第一天线1、第一低噪放2、第一光发射模块3、第一光纤4、第一光接收模块5、第一接收处理板6、第二天线7、第二低噪放8、第二光发射模块9、第二光纤10、第二光接收模块11、第二接收处理板12、第三天线13、第三低噪放14、第三光发射模块15、第三光纤16、第三光接收模块17、第三接收处理板18、第四天线19、第四低噪放20、第四光发射模块21、第四光纤22、第四光接收模块23、第四接收处理板24、时频电路25、多串口卡26、工控机27、电源28组成。图1是本发明的电原理方块图，实施例按图1连接线路。
第一天线1接收北斗导航信号和GPS导航信号，经过第一低噪放2放大后，由第一光发射模块3将射频信号转换成光信号，经过第一光纤4传输后，第一光接收模块5将光纤信号转换成射频信号，送给第一接收处理板6。从图1中看出，其余三路部分，即第二天线7至第二接收处理板12、第三天线13至第三接收处理板18、第四天线19至第四接收处理板24整个处理过程全部相同。
实施例天线型号全部相同，采用莱卡R25抗多径抑制天线，光纤型号选用GYTA53-4B1，光接收器和光接收模块均采用北京锦坤科技有限公司的RFoF-2.4G-311Tx、RFoF-2.4G-311Rx。
GPSL1信号下变频器30和北斗B1频点下变频器31采用中国电科第二十四所的射频芯片模块，AD转换器采用AD9288，基带处理器34采用ALTERA公司FPGA，信息处理器35采用TI公司的TMS320C6713BGD0P300。
时频电路25中，第一时钟36和第二时钟35采用Symmetricon公司的10MHz时钟，时钟监测模块38采用ALTERA公司的FPGA。
本发明电源28提供整个解调器的直流工作电压，实施例采用市售通用集成稳压直流电源模块制作，其输出电压为+3.3V、供电电流为2A。
本发明简要工作原理如下：
第一天线1、第二天线7、第三天线13和第四天线19分别安置在不同位置，接收北斗导航信号和GPS导航信号，各自经第一低噪放2、第二低噪放8、第三低噪放14和第四低噪放20放大后，各自经经第一光发射模块3、第二光发射模块9、第三光发射模块15和第四光发射模块21，转换成光信号，各自经第一光纤4、第二光纤10、第三光纤16和第四光纤22传输至安装机柜。经光纤连接端的第一光接收模块5、第二光接收模块11、第三光接收模块17和第四光接收模块23，将光信号转换成射频信号；第一接收处理板6、第二接收处理板12、第三接收处理板18和第四接收处理板24对射频信号完成下变频、模数转换，基带信号处理器和信息处理器完成捕获、跟踪处理，获取伪距、载波相位和电文等原始观测量，通过串口，经由多串口卡送入工控机27，进行完好性和差分数据处理，最终计算结果经由VDB接口发送出去。
时频电路25负责给四块接收处理机板提供时钟信号，具有双时钟备份，当其中一个时钟出现故障时，切换至另外一个时钟。电源28给各个模块提供直流电源。
本发明安装结构如下：
第一天线1、第一低噪放2和第一光发射模块3组装一起，第二天线7、第二低噪放8和第二光发射模块9组装一起；第三天线13、第三低噪放14和第三光发射模块15组装一起；第四天线19、第四低噪放20和第四光发射模块21组装一起，共分别安装在4个天线杆上。天线杆采用Lattix公司机场专用易碎安全塔架。光接收模块5、11、17和23安装在2U机箱内，接收处理板6、12、18和24各自占用1U机箱，时频电路25占用2U机箱，电源25占用4U机箱，工控机27占用2U机箱，连接关系如图1所示，组装成本发明。

Claims (4)

1.基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统，包括第一天线(1)、第一低噪放(2)、第一光发射模块(3)、第一光纤(4)、第一光接收模块(5)、第一接收处理板(6)、第二天线(7)、第二低噪放(8)、第二光发射模块(9)、第二光纤(10)、第二光接收模块(11)、第二接收处理板(12)、第三天线(13)、第三低噪放(14)、第三光发射模块(15)、第三光纤(16)、第三光接收模块(17)、第三接收处理板(18)、第四天线(19)、第四低噪放(20)、第四光发射模块(21)、第四光纤(22)、第四光接收模块(23)、第四接收处理板(24)、时频电路(25)、多串口卡(26)、工控机(27)和电源(28)；
第一低噪放将第一天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第一光发射模块；第一光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第一光纤传输给第一光接收模块；第一光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第一接收处理板；第一接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口1；
第二低噪放将第二天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第二光发射模块；第二光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第二光纤传输给第二光接收模块；第二光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第二接收处理板；第二接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口2；
第三低噪放将第三天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第三光发射模块；第三光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第三光纤传输给第三光接收模块；第三光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第三接收处理板；第三接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口3；
第四低噪放将第四天线接收的北斗导航信号和GPS导航信号放大后，输出至第四光发射模块；第四光发射模块将北斗导航信号和GPS导航信号由射频信号转换成光信号，并经过第四光纤传输给第四光接收模块；第四光接收模块将光信号转换成射频信号后，送给第四接收处理板；第四接收处理板根据时频电路输出的时钟信号完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口4；
工控机对多串口卡输出的数据进行处理，生成差分数据和完好性信息并进行输出。
2.根据权利要求1所述的基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统,其特征在于：第一接收处理板(6)包括射频信号分路器(29)、GPSL1信号下变频器(30)、北斗B1频点下变频器(31)、第一AD转换器(32)、第二AD转换器(33)、基带信号处理器(34)和信息处理器(35)；
射频信号分路器(29)将第一光接入模块(5)输出的射频信号分为GPS导航信号(E)和北斗导航信号(F)；GPS导航信号经GPSL1信号下变频器(30)变换为模拟中频信号，再由第一AD转换器(32)转换成数字信号，最后送入基带信号处理器(34)；北斗导航信号经北斗B1频点下变频器(31)变换为模拟中频信号，再由第二AD转换器(33)转换成数字信号，最后送入基带信号处理器(34)；
基带信号处理器(34)接收信息处理器(35)的控制指令，在时频电路输出的时钟信号驱动下完成北斗导航信号和GPS导航信号的捕获、跟踪，获得伪距、载波相位观测和卫星电文原始观测量，之后输出给多串口卡的串口1。
3.根据权利要求1所述的基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统，其特征在于：时频电路(25)包括第一时钟(36)、第二时钟(37)、时钟监测模块(38)、时钟切换电路(39)和时钟分路器(40)；
第一时钟(36)输出两路时钟信号C1和C2，将时钟信号C1输出至时钟切换电路(39)，将时钟信号C2输出至时钟监测模块(38)；第二时钟(37)输出两路时钟信号C3和C4，将时钟信号C4输出至时钟切换电路(39)，将时钟信号C3输出至时钟监测模块(38)；时钟监测模块(38)分别对时钟信号C2和时钟信号C3进行监测；时钟切换电路(39)在时钟监测模块(38)输出的监测结果指令的控制下，选择时钟信号C1或时钟信号C4的输出；时钟分路器(40)将时钟切换电路(39)输出的时钟信号分为四路，分别一一对应输出至第一接收处理板(6)、第二接收处理板(12)、第三接收处理板(18)和第四接收处理板(24)。
4.根据权利要求2所述的基于模拟光传输的时钟同源北斗/GPS航空增强系统，其特征在于：第一接收处理板(6)和第二接收处理板(12)、第三接收处理板(18)、第四接收处理板(24)的组成全部相同。
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