CN106597494A - 一种北斗导航终端双模抗干扰微系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种北斗导航终端双模抗干扰微系统，包括双模堆叠天线阵、低噪声放大器、双通道射频芯片和信号处理SIP芯片，双模堆叠天线阵包括四个堆叠天线阵元，接收的RNSS、RDSS信号经低噪声放大器放大后送入一个双通道射频芯片进行下变频，得到模拟中频信号；信号处理SIP芯片包括双路数模转换裸芯片、抗干扰处理裸芯片和卫导解算芯片，采用SIP封装技术堆叠封装；双路数模转换裸芯片得到四路数字中频信号，经过抗干扰处理裸芯片处理后送入卫导解算芯片，完成定位解算。本发明能够实现阵面小型化，多路射频处理小型化、多路高位A/D、基带解算减小布线面积，最终实现整个系统微型化设计，满足北斗RDSS、RNSS卫星导航系统的小型平台的应用要求。

Description

一种北斗导航终端双模抗干扰微系统
技术领域
本发明属于电子设备技术领域，涉及一种卫星导航阵列信号处理设备，具体涉及双模卫星导航终端抗干扰阵列信号处理小型微系统终端设备架构，可应用实现北斗导航RDSS和RNSS双系统的对小型化抗干扰处理定位需求。
背景技术
北斗卫星导航信号到达接收天线的信号十分微弱，通常淹没在噪声之中，极易受到外来敌意或者非敌意的同频信号的干扰，严重时会导致卫导系统无法正常使用。目前常用的抗干扰手段有屏蔽、隔离、滤波、接地和软件处理等。
传统的双模北斗抗干扰导航终端一般由阵列天线、低噪声放大器、多路射频变频通道、多路模数变换和基带解算组成，如图1所示，卫星信号经过阵元组阵，每个系统用四个电线，双模系统形成八阵元阵面、再经过低噪放放大，经过8路分离射频通道或射频芯片，输出多路两组四路模拟中频，经过两组四路高位高速A/D采样，进入抗干扰处理模块，输出稳定两路数字中频信号，最终进入卫导解算芯片。
这种处理方式一般适合应用于专用大设备系统中。如果用在多通道多系统应用中则存在以下缺点：
1、由于单个分立器件本身功耗很大，体积大，不适合在小型平台应用，同时重量重，成本大，不适合批量生产，调试量大。
2、一般应用为双频点应用，同时包含RNSS和RDSS频点，天线阵面尺寸大，系统的体积主要由阵面面积决定，适装性低。
3、每个天线对应一个射频通道，所以射频通道多，同时但芯片应用的射频体积大，同时每个通道数字量化一般至少需要14BIT，导致板级布线复杂，占用体积偏大，产品稳定性和一致性降低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于北斗双模导航抗干扰接收机系统微型化方案，实现阵面小型化，多路射频处理小型化、多路高位A/D、基带解算减小布线面积，最终实现整个系统微型化设计，满足北斗RDSS、RNSS卫星导航系统的的小型平台的应用要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种北斗导航终端双模抗干扰微系统，包括双模堆叠天线阵、低噪声放大器、双通道射频芯片和信号处理SIP芯片；所述的双模堆叠天线阵包括四个堆叠天线阵元，每个堆叠天线阵元是在一个RNSS天线阵元上堆叠一个RDSS天线阵元；所述的低噪声放大器共有四组，每组分别对应一个堆叠天线阵元，堆叠天线阵元接收的RNSS、RDSS信号经低噪声放大器放大后送入一个双通道射频芯片进行下变频，得到模拟中频信号；所述的信号处理SIP芯片包括四颗双路数模转换裸芯片、两颗抗干扰处理裸芯片和一颗卫导解算芯片，采用SIP封装技术堆叠封装在一起；四颗双路数模转换裸芯片分别对应四个双通道射频芯片的模拟中频信号，得到四路数字中频信号；每个抗干扰处理裸芯片都接收上述的四路数字中频信号进行抗干扰处理，然后将数字中频信号送入卫导解算芯片，完成定位解算。
所述的双通道射频芯片到双路数模转换裸芯片之间采用等长布线，保证各路模拟中频信号之间的幅度相位一致性。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用RDSS、RNSS微带天线堆叠天线形式，大大缩小了阵元体积。
2)本发明根据射频频点隔离频点不同隔离特点，采用双通道芯片，分别进行RDSS、RNSS系统应用，利用四颗芯片实现了八个射频通道，大大缩小了射频通道的体积。
3)本发明将抗干扰处理进行芯片化设计，同时将双路高位A/D、抗干扰处理芯片、双系统卫导芯片采用SIP方式进行封装设计，减少了高位A/D引脚多在板级的互联面积，缩小了体积，使原本的板级设计进行单芯片实现，减少调试量，最终实现射频与抗干扰处理共板设计，压缩了终端的厚度。
附图说明
图1为传统北斗双模卫星导航抗干扰系统功能框图；
图2为传统北斗双模天线阵面示意图；
图3为本发明北斗双模卫星导航抗干扰微系统功能框图；
图4为本发明双模天线阵面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明的北斗卫星导航抗干扰微系统终端集成有小型堆叠天线阵面，低噪声放大器，由双路不同频点的射频芯片组成的交错射频通道，抗干扰处理芯片、高位A/D裸芯、RNSS/RDSS双模基带处理芯片组成的专用信号处理SIP芯片，形成薄型小体积卫星导航抗干扰终端，最终输出定位解算信息。
上述北斗卫星导航抗干扰微系统终端中，其中天线阵元采用微带天线，根据频段的不同，将RDSS和RNSS进行堆叠设计，使天线阵面体积缩小一半；射频芯片采用双路RDSS、RNSS芯片，总共四片实现每个系统多通道处理；将抗干扰处理采用专用芯片实现，同时将双路高位A/D、抗干扰处理芯片、双系统卫导芯片采用SIP方式进行封装设计，实现小型化设计。
如图3所示，本发明的微系统终端包含双模堆叠天线阵211、低噪声放大器212、双通道射频芯片22、信号处理SIP芯片23。如图4所示，双模堆叠天线阵包含八个电线单元，根据RNSS 2111和RDSS 2112天线阵元大小不同采用堆叠形式形成堆叠阵面，阵面面积缩小一半。低噪声放大器212由四组组成，每组包含RNSS、RDSS分别对应四个堆叠天线阵元，与天线直接连接，形成有源天线对RNSS、RDSS信号213进行放大后，直接分别进入对应四个双通道射频芯片22，使放大后的射频信号下变频至预变频频率，输出模拟中频221，再送入信号处理SIP芯片23，完成抗干扰处理和定位解算。
信号处理SIP芯片包括四颗双路16BIT数模转换裸芯片231、两颗抗干扰处理裸芯片233、卫导解算芯片，采用SIP封装技术，将其堆叠封装在一起，使其在体积上相当于以前单个数模转换芯片大小，大幅度降低了信号处理板面积。
整个系统的工作原理如下：根据RNSS和RDSS信号的工作频率区别，其微带天线面大小区别，将其进行堆叠，形成小型双系统四单元阵面211，将原来阵元面积缩小一半；天线信号直接进入与其一体设计的四组低噪放212，进行信号放大处理；放大后的信号直接进入四组双通道射频芯片22，每个射频芯片包含RNSS和RDSS两个通道，利用双系统的工作频点的不同，实现了射频信号之间的隔离度在60dB以上，避免了相同频率之间由于芯片衬底隔离度小而造成互相射频串扰大的问题，保证抗干扰需要的射频通道的噪声系数要求，利用四颗芯片输出高线性度的模拟中频信号232；四组模拟中频信号分别进入四个双路采样高速A/D芯片，与射频通道处理采用同样的连接方式，RNSS、RDSS系统每路对应共用一个数模转换芯片，提高采样隔离度，但需要注意的是，在模拟中频布线时采用等长布线，以保证各路之间的幅度相位一致性；经模数转换采样完成的数字信号232分别送入两颗抗干扰专用芯片；经过抗干扰处理后，每路抗干扰芯片输出4bit数字中频信号234，直接送入定位解算芯片235；其中，由于经过数模转换后的卫星信号，每路有16bit，RNSS和RDSS系统合起来总共有128bit，在板级与抗干扰处理互联体积很大，同时如果抗干扰处理采用FPGA实现，功耗和体积都很大，无法完成裸芯级SIP集成，所以将抗干扰处理部分开发为专用芯片，已达到实现小型化降功耗的目的；现有成熟卫星解算芯片比较成熟，将4颗数模转换芯片、2颗抗干扰处理芯片、1颗卫导定位解算芯片采用SIP封装形式进行集成，实现小型化，实际体积相当于单颗数模转换芯片大小，最终输出稳定的解算信息。
本发明的一个应用实例如图3所示。它是在北斗二卫星导航系统上的实际应用，外接一个电源，同时设计一个小型结构件组装起来就可以应用，与背景技术中提到的传统应用如图2相比，传统的双模卫星导航抗干扰系统通过八个分离通道搭建而成，其不但体积和功耗大，并且需要大量的调试工作才能使每个通道输出的幅度和相位保持一致，同时针对不同的卫星导航系统需要进行重新的电路设计。如果应用于批量生产的小型武器平台，这样所带来的工作量是巨大的，并且也会产生诸多工程调试中的不稳定因素。
本发明系统集成两个信号系统，这已能满足一般北斗卫星导航抗干扰系统的应用，不仅体积小，而且功耗低于传统设计的50％。

Claims (2)

1.一种北斗导航终端双模抗干扰微系统，包括双模堆叠天线阵、低噪声放大器、双通道射频芯片和信号处理SIP芯片，其特征在于：所述的双模堆叠天线阵包括四个堆叠天线阵元，每个堆叠天线阵元是在一个RNSS天线阵元上堆叠一个RDSS天线阵元；所述的低噪声放大器共有四组，每组分别对应一个堆叠天线阵元，堆叠天线阵元接收的RNSS、RDSS信号经低噪声放大器放大后送入一个双通道射频芯片进行下变频，得到模拟中频信号；所述的信号处理SIP芯片包括四颗双路数模转换裸芯片、两颗抗干扰处理裸芯片和一颗卫导解算芯片，采用SIP封装技术堆叠封装在一起；四颗双路数模转换裸芯片分别对应四个双通道射频芯片的模拟中频信号，得到四路数字中频信号；每个抗干扰处理裸芯片都接收上述的四路数字中频信号进行抗干扰处理，然后将数字中频信号送入卫导解算芯片，完成定位解算。
2.根据权利要求1所述的北斗导航终端双模抗干扰微系统，其特征在于：所述的双通道射频芯片到双路数模转换裸芯片之间采用等长布线，保证各路模拟中频信号之间的幅度相位一致性。
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