CN106291642A - 一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，包括接收机和卫星站，所述卫星站输出端连接有导航信息采集模块，所述接收机的输出端连接有双星系统授时模块，所述双星系统授时模块与数据处理系统相连接，所述原子钟的输出端与频率合成器相连接，且频率合成器的输出端分别与载波信号发生器和伪码发生器相连接，所述载波信号发生器与载波调制器的输入端相连接，所述伪码发生器的输出端与伪码调制器相连接，所述载波调制器的输出端与变频滤波器相连接，变频滤波器通过功率放大器与匹配器相连接；所述卫星站包括嵌入式处理器和FPGA控制器，且嵌入式处理器通过异步检测模块与FPGA控制器相连接，实现动态区域无源定位，达到类似于GPS的定位效果。

Description

一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统
技术领域
本发明涉及定位系统技术领域，具体为一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统。
背景技术
双星系统作为我国自主开发的导航卫星，具有完全的独立性，它利用两颗地球同步卫星的已知位置和待测站大地高程进行定位，和全球定位系统GPS和GLONASS相比，北斗导航系统花费较少，卫星测轨精度对于导航定位精度没有显著影响，适用于经济不发达地区的开发和使用，而北斗导航系统采用和GPS相似的体制和技术，即分为空间部分、地面监测和数据处理，以及用户接收机三大部分。北斗导航系统和全球定位系统的显著不同是卫星星座的空间分布，它所采用的伪随机噪声码序列和捕获方式、载波频率和码频率、导航电文的调制及编码、用户的定位解算也不同，但是目前我国的双星系统还有一定的局限性，我国的系统采用的是有源工作方式，这种方式易使系统受到干扰，并且导致用户定位数据更新率变低，不能满足高机动用户的要求，限制了系统的用户数目，用户需要发射信号，不利于隐蔽，这对军事用户尤其重要。由于系统采用集中式管理，从而导致该系统为节点系统，一旦中心被毁坏，将导致整个系统瘫痪；同时由于所有用户的定位都是在中心站完成，这对中心站设备的处理能力要求极高，而且也导致定位数据有较大的滞后误差。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，在地面提前精确测定的位置上安置伪卫星基站，伪卫星站通过授时技术与北斗卫星精确时间同步后，按类似于北斗卫星的信号格式发射导航信号，接收机同时接收北斗卫星和伪卫星信号并进行定位解算，实现动态区域无源定位，达到类似于GPS的定位效果，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，包括接收机和卫星站，所述卫星站输出端连接有导航信息采集模块，所述接收机包括BPSK调制器，所述接收机的输出端连接有双星系统授时模块，所述双星系统授时模块与数据处理系统相连接，所述数据处理系统通过数据校对模块与原子钟相连接，所述原子钟的输出端与频率合成器相连接，且频率合成器的输出端分别与载波信号发生器和伪码发生器相连接，所述载波信号发生器与载波调制器的输入端相连接，所述伪码发生器的输出端与伪码调制器相连接，伪码调制器的输入端通过信源编码器与数据处理系统相连接，且伪码调制器的输出端与载波调制器的输入端相连接，所述载波调制器的输出端与变频滤波器相连接，变频滤波器通过功率放大器与匹配器相连接；所述卫星站包括嵌入式处理器和FPGA控制器，且嵌入式处理器通过异步检测模块与FPGA控制器相连接，且嵌入式处理器的输出端还连接有数据存储器和无线控制设备。
作为本发明一种优选的技术方案，所述嵌入式处理器的输入端还连接有混频器，且混频器的输入端连接有载波恢复模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述混频器的输出端连接有下变频器，且下变频器的输出端与解扩器相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述伪码调制器包括信号调节电路，所述信号调节电路的输出端连接有PN码发生器，所述PN码发生器的输出端连接有卫星站。
作为本发明一种优选的技术方案，所述变频滤波器的输入端与模数转换器的输出端相连接，所述变频滤波器采用以FPGA为控制核心的变频滤波器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述卫星站的输出端连接有无线数据发送器，所述无线数据发送器与无线控制设备进行数据传输通信。
作为本发明一种优选的技术方案，所述嵌入式处理器包括串口通信模块，且串口通信模块的输出端与以太网控制器相连接，以太网控制器的输出端与服务器相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述嵌入式处理器采用接口类型为SocketFM2系列控制芯片，所述数据存储器采用SD存储卡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，通过在地面提前精确测定的位置上安置伪卫星基站，伪卫星站通过授时技术与北斗卫星精确时间同步后，按类似于北斗卫星的信号格式发射导航信号，接收机同时接收北斗卫星和伪卫星信号并进行定位解算，实现动态区域无源定位，达到类似于GPS的定位效果，且整个装置用户设备能从伪卫星获得附加的伪距测量，改善了导航几何配置，该技术克服了单纯地利用北斗导航卫星定位的用户必须发射信号不利于隐蔽的缺陷，可以用于军事部门或其它保密活动的用户不再需要提前知道高程信息，数字地图的辅助不再是必须的，适合空中的运动用户目标，用户机只需进行适当改动就可以同时接收北斗卫星信号和伪卫星信号，不必再设置另一套接收基准站信号的设备，对空中用户显著提高了垂直定位精度，空中用户看到的卫星总是在地平线以上，而伪卫星在其地平线下，所以增加伪卫星能降低垂直几何定位精度因子，从而大幅度提高了垂直定位精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电路结构示意图。
图中：1-接收机；2-卫星站；3-导航信息采集模块；4-数据校对模块；5-BPSK调制器；6-双星系统授时模块；7-数据处理系统；8-频率合成器；9-载波信号发生器；10-伪码发生器；11-载波调制器；12-伪码调制器；13-信源编码器；14-变频滤波器；15-功率放大器；16-嵌入式处理器；17-FPGA控制器；18-异步检测模块；19-数据存储器；20-无线控制设备；21-原子钟；22-混频器；23-载波恢复模块；24-下变频器；25-解扩器；26-信号调节电路；27-PN码发生器；28-模数转换器；29-无线数据发送器；30-串口通信模块；31-以太网控制器；32-服务器；33-匹配器。
具体实施方式
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。
实施例：
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，包括接收机1和卫星站2，所述卫星站2输出端连接有导航信息采集模块3，所述接收机1包括BPSK调制器5，所述接收机1的输出端连接有双星系统授时模块6，所述双星系统授时模块6与数据处理系统7相连接，所述数据处理系统7通过数据校对模块4与原子钟21相连接，所述原子钟21的输出端与频率合成器8相连接，且频率合成器8的输出端分别与载波信号发生器9和伪码发生器10相连接，所述载波信号发生器9与载波调制器11的输入端相连接，所述伪码发生器10的输出端与伪码调制器12相连接，所述伪码调制器12包括信号调节电路26，所述信号调节电路26的输出端连接有PN码发生器27，所述PN码发生器27的输出端连接有卫星站2，伪码调制器12的输入端通过信源编码器13与数据处理系统7相连接，且伪码调制器12的输出端与载波调制器11的输入端相连接，所述载波调制器11的输出端与变频滤波器14相连接，所述变频滤波器14的输入端与模数转换器28的输出端相连接，所述变频滤波器14采用以FPGA为控制核心的变频滤波器，变频滤波器14通过功率放大器15与匹配器33相连接；所述卫星站2包括嵌入式处理器16和FPGA控制器17，且嵌入式处理器16通过异步检测模块18与FPGA控制器17相连接，且嵌入式处理器16的输出端还连接有数据存储器19和无线控制设备20，所述嵌入式处理器16的输入端还连接有混频器22，且混频器22的输入端连接有载波恢复模块23，所述混频器22的输出端连接有下变频器24，且下变频器24的输出端与解扩器25相连接，所述卫星站2的输出端连接有无线数据发送器29，所述无线数据发送器29与无线控制设备20进行数据传输通信，所述嵌入式处理器16包括串口通信模块30，且串口通信模块30的输出端与以太网控制器31相连接，以太网控制器31的输出端与服务器32相连接，所述嵌入式处理器16采用接口类型为SocketFM2系列控制芯片，所述数据存储器19采用SD存储卡。
本发明的工作原理：该基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，通过在地面提前精确测定的位置上安置伪卫星基站，伪卫星站通过授时技术与北斗卫星精确时间同步后，按类似于北斗卫星的信号格式发射导航信号，接收机同时接收北斗卫星和伪卫星信号并进行定位解算，实现动态区域无源定位，达到类似于GPS的定位效果，且整个装置用户设备能从伪卫星获得附加的伪距测量，改善了导航几何配置，该技术克服了单纯地利用北斗导航卫星定位的用户必须发射信号不利于隐蔽的缺陷，可以用于军事部门或其它保密活动的用户不再需要提前知道高程信息，数字地图的辅助不再是必须的，适合空中的运动用户目标，用户机只需进行适当改动就可以同时接收北斗卫星信号和伪卫星信号，不必再设置另一套接收基准站信号的设备，对空中用户显著提高了垂直定位精度，空中用户看到的卫星总是在地平线以上，而伪卫星在其地平线下，所以增加伪卫星能降低垂直几何定位精度因子(VDOP)，从而大幅度提高了垂直定位精度。
(1)所述接收机可以采用分布天线来分别接收卫星和伪卫星信号，同时优化天线的增益图使尽量少的伪卫星信号泄漏到卫星信号通道中；
(2)所述双星系统授时模块5是为了进行时间传递和时间比对，要求授时技术应当完成时间起点和时间尺度的发布，就是使用户端时钟获得与特定系统时钟相同的时间起点和时间尺度，在目前条件下，高稳定、高可靠原子时钟的小型化使得授时系统的任务可简化为对特定系统时钟的时间起点发布，因而时间用户可方便地利用授时技术获得特定系统的时钟的时间起点，并完成不同时间用户之间的时钟同步。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，包括接收机(1)和卫星站(2)，所述卫星站(2)输出端连接有导航信息采集模块(3)，其特征在于：所述接收机(1)包括BPSK调制器(5)，所述接收机(1)的输出端连接有双星系统授时模块(6)，所述双星系统授时模块(6)与数据处理系统(7)相连接，所述数据处理系统(7)通过数据校对模块(4)与原子钟(21)相连接，所述原子钟(21)的输出端与频率合成器(8)相连接，且频率合成器(8)的输出端分别与载波信号发生器(9)和伪码发生器(10)相连接，所述载波信号发生器(9)与载波调制器(11)的输入端相连接，所述伪码发生器(10)的输出端与伪码调制器(12)相连接，伪码调制器(12)的输入端通过信源编码器(13)与数据处理系统(7)相连接，且伪码调制器(12)的输出端与载波调制器(11)的输入端相连接，所述载波调制器(11)的输出端与变频滤波器(14)相连接，变频滤波器(14)通过功率放大器(15)与匹配器(33)相连接；所述卫星站(2)包括嵌入式处理器(16)和FPGA控制器(17)，且嵌入式处理器(16)通过异步检测模块(18)与FPGA控制器(17)相连接，且嵌入式处理器(16)的输出端还连接有数据存储器(19)和无线控制设备(20)。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述嵌入式处理器(16)的输入端还连接有混频器(22)，且混频器(22)的输入端连接有载波恢复模块(23)。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述混频器(22)的输出端连接有下变频器(24)，且下变频器(24)的输出端与解扩器(25)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述伪码调制器(12)包括信号调节电路(26)，所述信号调节电路(26)的输出端连接有PN码发生器(27)，所述PN码发生器(27)的输出端连接有卫星站(2)。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述变频滤波器(14)的输入端与模数转换器(28)的输出端相连接，所述变频滤波器(14)采用以FPGA为控制核心的变频滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述卫星站(2)的输出端连接有无线数据发送器(29)，所述无线数据发送器(29)与无线控制设备(20)进行数据传输通信。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述嵌入式处理器(16)包括串口通信模块(30)，且串口通信模块(30)的输出端与以太网控制器(31)相连接，以太网控制器(31)的输出端与服务器(32)相连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和伪卫星组合的定位系统，其特征在于：所述嵌入式处理器(16)采用接口类型为SocketFM2系列控制芯片，所述数据存储器(19)采用SD存储卡。
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