CN104297768A - 一种同时接收gps和北斗二代信号的前端系统及其应用 - Google Patents

一种同时接收gps和北斗二代信号的前端系统及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，包括信号接收端、低噪声放大器LNA、滤波器一、小数频综锁相环PLL、混频器、滤波器二、中频放大器、自动增益控制放大器、A/D模数转换器及数字中频信号输出端，信号输入端、低噪声放大器LNA及滤波器一依次连接，滤波器一及小数频综锁相环PLL分别连接混频器，混频器连接滤波器二，滤波器二分两路依次连接中频放大器、自动增益控制放大器及A/D模数转换器。本发明同时接收处理GPS信号与北斗二代信号，实现非分时、分模式形式接收，减少响应延时，提高定位精度。采用一个小数频综锁相环PLL对信号进行混频，节约芯片面积，减少芯片功耗。

Description

一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统及其应用
技术领域
本发明涉及一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统及其应用，属于卫星导航及通信技术领域。
背景技术
全球定位系统(GPS)是美国在20世纪70年代早期研发的卫星定位系统，如今已经成为广泛应用的民用导航系统。由于目前消费类电子产品和智能手机的需求，许多其他国家都致力于发展自己的全球卫星定位与通信系统(GNSS)，如俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)，欧盟的伽利略(Galileo)，还有中国的北斗二代二代。
北斗二代二代是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(GNSS)，是继美全球定位系统(GPS)和俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗二代由空间端、地面端和用户端组成，系统建成后可在全球范围内全天候二十四小时为各类用户提供高精度、高可靠性的定位、导航和授时服务，北斗二代现阶段信号已经覆盖亚太地区，成为该亚太地区导航、定位和授时的技术方案。
与目前占据中国的卫星导航市场95％的全球定位系统(GPS)相比，北斗二代刚刚建立，卫星数量不足，只在亚太地区提供正式服务，定位精度略差，在民用领域还没有广泛采用。然而北斗二代利用后发优势，拥有鲜明的技术特色，民用信号B1波段带宽是全球定位系统(GPS)的L1的两倍，具有较高的信噪比和灵敏度。
用于接收GPS/北斗二代二代双模信号的芯片是在结合全球定位系统(GPS)及全球定位系统(GPS)两种系统优势的基础上实现的单片集成，降低了北斗二代推广的阻力，为未来大规模采用国产导航系统奠定基础，保证了国家能够掌握信息安全的主动权。
卫星导航与通信中，射频的接收处理是必不可少的重要部分。目前国际上存在多种卫星导航系统，不同的导航系统在频率、带宽、调制方式等方面都不一样。而且不同的导航卫星射频处理方法的电路参数也基本固定。单一类的电路只适合一个频段，在接收另一频段需要一个额外的电路。这不利于多模卫星导航接收机的设计，成本也会相对增高。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明公开了一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统；
本发明还公开了上述实现系统的应用。
本发明的技术方案为：
一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，包括信号接收端、低噪声放大器LNA、滤波器一、小数频综锁相环PLL、混频器、滤波器二、中频放大器、自动增益控制放大器、A/D模数转换器及数字中频信号输出端，所述信号接收端、所述低噪声放大器LNA及所述滤波器一依次连接，所述滤波器一及所述小数频综锁相环PLL分别连接所述混频器，所述混频器连接所述滤波器二，所述滤波器二分两路依次连接所述中频放大器、所述自动增益控制放大器及所述A/D模数转换器。
根据本发明优选的，所述信号接收端用于接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；所述低噪声放大器LNA用于对GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理；所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；所述小数频综锁相环PLL用于产生本地载波，所述本地载波与载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频，得到GPS中频信号和北斗二代的中频信号；所述混频器用于将本地载波与载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理；所述滤波器二用于滤波处理得到GPS中频信号和北斗二代中频信号并分两路进行处理；所述中频放大器分别对所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大；所述自动增益控制放大器分别对中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；A/D模数转换器分别对所述稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；所述数字中频信号输出端用于分别输出GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。
根据本发明优选的，所述中频放大器及所述自动增益控制放大器之间连接有滤波器。
根据本发明优选的，所述滤波器用于对所述中频放大后的GPS中频信号及所述北斗二代中频信号进行滤波处理。
此处设计的优势在于，起到滤波去噪的作用，并减小系统的噪声系数。
根据本发明优选的，所述本地载波频率为1565.196MHz或1568.259MHz。
根据本发明优选的，所述小数频综锁相环PLL包括环形连接的鉴相器、电荷泵、环路低通滤波器、压控振荡器、delta-sigma调制器及分频器。
此处设计的优势在于，所述小数频综锁相环PLL电路采用delta-sigma调制技术，为本地振荡提供稳定与可调的本地载波频率。
上述实现系统的应用，具体步骤包括：
(1)所述信号接收端接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；
(2)所述低噪声放大器LNA对步骤(1)所述GPS L1波段的射频信号及所述北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理，所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；
(3)小数频综锁相环PLL产生本地载波；
(4)所述混频器将步骤(3)所述本地载波与步骤(2)得到的载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理，所述滤波器二滤波处理得到一路GPS中频信号和一路北斗二代中频信号并分两路进行处理；
(5)所述中频放大器分别对步骤(4)所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大处理，分别得到中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号；
(6)所述自动增益控制AGC放大器分别对步骤(5)得到的中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；
(7)所述A/D模数转换器分别对步骤(6)得到的稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；
(8)所述数字中频信号输出端分别对步骤(7)得到的GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号输出，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。
上述实现系统的集成电路，GPS的L1段1575.42MHz与北斗二代的B1段1561.098MHz射频信号经过低噪声放大器放大，然后经过所述滤波器一选频，去除不必要的频谱；小数频综锁相环PLL电路为混频器提供了两种频率的本地载波，即1565.196MHz和1568.259MHz；本地载波分成I/Q两路对经过放大选频的输入的信号进行混频，混频得到GPS的中频信号与北斗二代中频信号；混频后的GPS的中频信号和北斗二代中频信号分两路各通过一个滤波器，所述两个滤波器中一个设置通过GPS中频信号，另一个设置通过北斗二代中频信号，其他频率上的信号都被滤除，得到GPS中频信号和北斗二代中频信号；GPS中频信号和北斗二代中频信号分别通过针对4.098MHz和10.224MHz或者两个7.161MHz的中频放大器和滤波器，中频放大后的GPS中频信号、北斗二代中频信号各自通过自动增益控制放大器AGC获得稳定幅度值，最后被4-bit A/D模数转换器ADC采样，输出GPS的数字中频信号和北斗二代的数字中频信号。
本地载波由一个小数频综锁相环PLL产生，本地载波选取1568MHz或1565MHz对放大滤波后的信号混频，若本地载波选取1565.196MHz，对经过放大滤波的GPS的L1波段1575.42MHz、北斗二代的B1波段1561.098MHz信号混频得到中频信号4.098MHZ与10.224MHz；若本地载波选取1568.259MHz对GPS的L1信号波段1575.42MHz、北斗二代的B1波段1561.098MHz信号混频后得到7.161MHz与7.161MHz的中频信号。
本发明的技术效果如下：
1、本发明同时接收处理GPS信号与北斗二代信号，实现非分时、分模式形式接收，减少响应延时，提高定位精度。
2、本发明采用一个小数频综锁相环PLL对信号进行混频，节约芯片面积，减少芯片功耗。
3、本发明由固定几个本地载波频率混频后得到的中频信号频率为几种常用的中频频率，兼容现有后端处理模块，便于后端设计。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明集成电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，包括信号接收端、低噪声放大器LNA、滤波器一、小数频综锁相环PLL、混频器、滤波器二、中频放大器、自动增益控制放大器、A/D模数转换器及数字中频信号输出端，所述信号接收端、所述低噪声放大器LNA及所述滤波器一依次连接，所述滤波器一及所述小数频综锁相环PLL分别连接所述混频器，所述混频器连接所述滤波器二，所述滤波器二分两路依次连接所述中频放大器、所述自动增益控制放大器及所述A/D模数转换器。
所述信号接收端用于接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；所述低噪声放大器LNA用于对GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理；所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；所述小数频综锁相环PLL用于产生本地载波，所述本地载波与载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频，得到GPS中频信号和北斗二代的中频信号；所述混频器用于将本地载波与载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理；所述滤波器二用于滤波处理得到GPS中频信号和北斗二代中频信号并分两路进行处理；所述中频放大器分别对所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大；所述自动增益控制放大器分别对中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；A/D模数转换器分别对所述稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；所述数字中频信号输出端用于分别输出GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。
实施例2
根据实施例1所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其区别在于，所述中频放大器及所述自动增益控制放大器之间连接有滤波器。
所述滤波器用于对所述中频放大后的GPS中频信号及所述北斗二代中频信号进行滤波处理。
此处设计的优势在于，起到滤波去噪的作用，并减小系统的噪声系数。
所述本地载波频率为1565.196MHz。
所述小数频综锁相环PLL包括环形连接的鉴相器、电荷泵、环路低通滤波器、压控振荡器、delta-sigma调制器及分频器。
此处设计的优势在于，所述小数频综锁相环PLL电路采用delta-sigma调制技术，为本地振荡提供稳定与可调的本地载波频率。
实施例3
根据实施例2所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其区别在于，所述本地载波频率为1568.259MHz。
实施例4
根据实施例1-3任一所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统的应用，具体步骤包括：
(1)所述信号接收端接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；
(2)所述低噪声放大器LNA对步骤(1)所述GPS L1波段的射频信号及所述北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理，所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；
(3)小数频综锁相环PLL产生本地载波，所述本地载波为1565.196MHz；
(4)所述混频器将步骤(3)所述本地载波与步骤(2)得到的载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理，所述滤波器二滤波处理得到一路4.098MHz的GPS中频信号和一路4.098MHz的北斗二代中频信号并分两路进行处理；
(5)所述中频放大器分别对步骤(4)所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大处理，分别得到中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号；
(6)所述自动增益控制AGC放大器分别对步骤(5)得到的中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；
(7)所述A/D模数转换器分别对步骤(6)得到的稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；
(8)所述数字中频信号输出端分别对步骤(7)得到的GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号输出，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。
实施例5
上述实现系统的应用，具体步骤包括：
(1)所述信号接收端接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；
(2)所述低噪声放大器LNA对步骤(1)所述GPS L1波段的射频信号及所述北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理，所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；
(3)小数频综锁相环PLL产生本地载波，所述本地载波为1568.259MHz；
(4)所述混频器将步骤(3)所述本地载波与步骤(2)得到的载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理，所述滤波器二滤波处理得到一路7.161MHz的GPS中频信号和一路7.161MHz的北斗二代中频信号并分两路进行处理；
(5)所述中频放大器分别对步骤(4)所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大处理，分别得到中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号；
(6)所述自动增益控制AGC放大器分别对步骤(5)得到的中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；
(7)所述A/D模数转换器分别对步骤(6)得到的稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；
(8)所述数字中频信号输出端分别对步骤(7)得到的GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号输出，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。

Claims (7)

1.一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其特征在于，包括信号接收端、低噪声放大器LNA、滤波器一、小数频综锁相环PLL、混频器、滤波器二、中频放大器、自动增益控制放大器、A/D模数转换器及数字中频信号输出端，所述信号接收端、所述低噪声放大器LNA及所述滤波器一依次连接，所述滤波器一及所述小数频综锁相环PLL分别连接所述混频器，所述混频器连接所述滤波器二，所述滤波器二分两路依次连接所述中频放大器、所述自动增益控制放大器及所述A/D模数转换器。
2.根据权利要求1所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其特征在于，所述信号接收端用于接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；所述低噪声放大器LNA用于对GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理；所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；所述小数频综锁相环PLL用于产生本地载波，所述本地载波与载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频，得到GPS中频信号和北斗二代的中频信号；所述混频器用于将本地载波与载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理；所述滤波器二用于滤波处理得到GPS中频信号和北斗二代中频信号并分两路进行处理；所述中频放大器分别对所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大；所述自动增益控制放大器分别对中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；A/D模数转换器分别对所述稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；所述数字中频信号输出端用于分别输出GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。
3.根据权利要求1所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其特征在于，所述中频放大器及所述自动增益控制放大器之间连接有滤波器。
4.根据权利要求3所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其特征在于，所述滤波器用于对所述中频放大后的GPS中频信号及所述北斗二代中频信号进行滤波处理。
5.根据权利要求1所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其特征在于，所述本地载波频率为1565.196MHz或1568.259MHz。
6.根据权利要求1所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统，其特征在于，所述小数频综锁相环PLL包括环形连接的鉴相器、电荷泵、环路低通滤波器、压控振荡器、delta-sigma调制器及分频器。
7.根据权利要求1所述的一种同时接收GPS和北斗二代信号的前端系统的应用，其特征在于，具体步骤包括：
(1)所述信号接收端接收GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号；
(2)所述低噪声放大器LNA对步骤(1)所述GPS L1波段的射频信号及所述北斗二代B1波段的射频信号进行放大处理，所述滤波器一对放大处理后的GPS L1波段的射频信号及北斗二代B1波段的射频信号滤波选频，得到载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号；
(3)小数频综锁相环PLL产生本地载波；
(4)所述混频器将步骤(3)所述本地载波与步骤(2)得到的载频为1575.42MHz的GPS L1波段的射频信号及载频为1561.098MHz的北斗二代B1波段的射频信号混频处理，所述滤波器二滤波处理得到一路GPS中频信号和一路北斗二代中频信号并分两路进行处理；
(5)所述中频放大器分别对步骤(4)所述GPS中频信号和所述北斗二代中频信号进行中频放大处理，分别得到中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号；
(6)所述自动增益控制AGC放大器分别对步骤(5)得到的中频放大后的GPS中频信号及北斗二代中频信号处理，分别得到稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号；
(7)所述A/D模数转换器分别对步骤(6)得到的稳定幅度的GPS信号及北斗二代信号进行采样，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号；
(8)所述数字中频信号输出端分别对步骤(7)得到的GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号输出，分别得到GPS数字中频信号及北斗二代数字中频信号。
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