CN107942351A - 一种北斗rdss射频发射信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种北斗RDSS射频发射信号检测装置，包括主机、用于接收北斗RDSS卫星数据的北斗RDSS单元，以及用于接收北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据的北斗RNSS/GPS单元，电源管理单元用于为北斗RDSS单元、北斗RNSS/GPS单元、主机供电，还包括用于接收低噪声放大器输出信号的射频收发变频芯片，射频收发变频芯片的一中频输出端和一中频输入端均与一中频滤波器相连。本发明在检测射频信号参数，如功率、频率准确度、调制误差等的同时，通过内置的ADC模块和FPGA实现数字信号处理，能准确解调出调制的信息，实现RDSS用户机发射链路的诊断功能，大大降低检验成本，方便快捷，大大提高检验效率，不仅可以自由选择模拟中频信号和数字中频信号，而且可以方便地调整时钟输出频率。

Description

一种北斗RDSS射频发射信号检测装置

技术领域

本发明涉及通信的技术领域，尤其涉及一种北斗RDSS射频发射信号检测装置。

背景技术

北斗导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，系统兼具RDSS和RNSS两种业务模式。RDSS属于主动定位系统，兼具短报文通信业务，需要用户发射信号；RNSS属于被动式导航定位系统，无需用户发射信号。RDSS与RNSS两种业务具有良好的互补性。GPS卫星导航系统是美国建立的全球卫星导航系统，已有30多年的发展历史，技术成熟，应用广泛，在目前的卫星导航系统市场中占有主导地位。北斗卫星导航系统提供的RDSS服务需用户机向导航卫星发射L波段射频信号，其信号射频信号参数和调制数据等参数直接关系RDSS服务的成功率，这些也是衡量北斗一代用户机关键性能指标，在用户机生产时由厂家通过专用设备如功率计、频谱分析仪等进行检测计量。RDSS用户机使用一段时间后，由于电子器件老化，其发射的射频信号功率、频率准确度等存在一定程度的改变，影响用户机性能，严重时可能无法使用，这时如果还使用专用设备进行检测，则检测成本太高，效益低下，目前缺乏该类通用便携式检测设备，以降低检测维护成本。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种北斗RDSS射频发射信号检测装置，可检测射频信号参数和调制数据等性能参数，自动判断性能指标是否符合要求，方便快捷，可广泛应用于北斗导航通信领域。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种北斗RDSS射频发射信号检测装置，包括主机、用于接收北斗RDSS卫星数据的北斗RDSS单元，以及用于接收北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据的北斗RNSS/GPS单元，所述北斗RDSS单元、北斗RNSS/GPS单元均与所述主机之间双向通信连接，电源管理单元用于为北斗RDSS单元、北斗RNSS/GPS单元、主机供电；

所述主机包括接收通道、ADC模块、FPGA、接口电路和电源模块，所述接收通道的输入端和输出端分别与喇叭天线的输出端和ADC模块的输入端连接，所述FPGA的输入端和输出端分别与ADC模块的输出端和接口电路的输出端连接，所述电源电路分别与喇叭天线、接收通道、ADC模块、FPGA、接口电路连接；

所述北斗RDSS单元包括第一低噪声放大电路、下变频电路、第一基带处理电路、上变频电路以及功率放大电路，所述第一低噪声放大电路的信号输入端连接北斗RDSS卫星数据，第一低噪声放大电路的信号输出端连接下变频电路的信号输入端，所述下变频电路的信号输出端通过第一基带处理电路连接上变频电路的信号输入端，所述上变频电路的信号输出端连接功率放大电路的信号输入端，所述第一基带处理电路与主机之间双向通信连接；

还包括用于接收低噪声放大器输出信号的射频收发变频芯片，所述射频收发变频芯片的一中频输出端和一中频输入端均与一中频滤波器相连，所述射频收发变频芯片的信号输入端连接电源转换电路的信号输出端，所述射频收发变频芯片的信号输入端连接晶体振荡器的信号输出端，所述射频收发变频芯片的时钟锁相环路与锁相环路滤波器相连，所述射频收发变频芯片的发射通道本振锁相环路与发射锁相环路滤波器相连，所述射频收发变频芯片的接收通道本振锁相环路与接收锁相环路滤波器相连，所述射频收发变频芯片的SPI接口与单片机相连。

优选地，所述主机还包括DDR模块，所述DDR模块与FPGA连接，其包括至少一片DDR2芯片，用于对FPGA中的数据进行缓存。

在本发明的一实施中，所述主机还包括时钟分配模块，其包括比较器电路和时钟分配电路，所述比较器电路将62MHz正弦时钟信号经过处理后得到方波形式时钟信号并输出至时钟分配电路，所述时钟分配电路用于将方波形式时钟信号经过功分分成两路，一路输出至FPGA，另一路输出至ADC。

在本发明的一实施中，所述北斗RNSS/GPS单元包括第二低噪声放大电路以及第二基带处理电路，所述第二低噪声放大电路的信号输入端连接北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据，第二低噪声放大电路的信号输出端连接第二基带处理电路的信号输入端，所述第二基带处理电路与主机之间双向通信连接。

进一步地，所述电源转换电路包括电源转换芯片，所述电源转换芯片的型号为LT17633；所述电源转换芯片的引脚8、引脚5均与电容C1、电容C3的正极端以及+5V电源相连，所述电容C1、电容C3的负极端接地；所述电源转换芯片的引脚1、引脚2均与电容C2和电容C4的正极端相连，所述电容C2和电容C4的负极端接地，所述电源转换芯片的引脚2与引脚4之间连接电容C5，所述电源转换芯片的信号输出端与射频收发变频芯片的信号输入端相连。

进一步地，所述发射锁相环路滤波器包括电阻R14、电阻R16、电容C48、电容C49、电容C50；所述射频收发变频芯片的引脚24分别连接电阻R14、电容C48的一端，所述电阻R14的另一端分别连接电容C49的一端、电阻R16的一端、射频收发变频芯片的引脚25，所述电容C49的另一端与电容C48的另一端均接地，所述电阻R166的另一端连接电容C50的一端，所述电容C50的另一端接地。

进一步地，所述单片机的引脚1连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接电源，所述单片机的引脚8分别连接电容C6、电阻R2的一端，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接电源，所述单片机的引脚5、引脚6、引脚7、引脚2分别与所述射频收发变频芯片的引脚22、引脚21、引脚20、引脚19相连。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的北斗RDSS射频发射信号检测装置能够有效降低整机的功耗，体积小、集成度高、功耗低，满足了用户的低功耗和便携性的要求，并用以FPGA为核心的集成电路减小电路规模，实现小型化集成；减小设计复杂程度，减少链路标校过程，增强硬件链路可靠性；在检测射频信号参数，如功率、频率准确度、调制误差等的同时，通过内置的ADC模块和FPGA实现数字信号处理，能准确解调出调制的信息，实现RDSS用户机发射链路的诊断功能，大大降低检验成本，方便快捷，大大提高检验效率，不仅可以自由选择模拟中频信号和数字中频信号，而且可以方便地调整时钟输出频率。

附图说明

图1是本发明提供的北斗RDSS射频发射信号检测装置的整体电路组成结构框图。

图2是本发明提供的北斗RDSS射频发射信号检测装置的射频收发变频芯片的电路组成框图。

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作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。

参见图1至图2，是本发明提供的北斗RDSS射频发射信号检测装置的示意图。本发明的北斗RDSS射频发射信号检测装置包括用于接收北斗RDSS卫星数据的北斗RDSS单元10，以及用于接收北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据的北斗RNSS/GPS单元20，所述北斗RDSS单元10、北斗RNSS/GPS单元20均与主机30之间双向通信连接，电源管理单元40用于为北斗RDSS单元10、北斗RNSS/GPS单元20、主机30供电。所述主机30具有数据融合和协议转换功能，用户可以将北斗RDSS单元10和北斗RNSS/GPS单元20串口数据进行融合，转换为用户特有协议输出。

所述北斗RDSS单元10包括第一低噪声放大电路11、下变频电路12、第一基带处理电路13、上变频电路14以及功率放大电路15，所述第一低噪声放大电路11的信号输入端连接北斗RDSS卫星数据，第一低噪声放大电路11的信号输出端连接下变频电路12的信号输入端，所述下变频电路12的信号输出端通过第一基带处理电路13连接上变频电路14的信号输入端，所述上变频电路14的信号输出端连接功率放大电路15的信号输入端，所述第一基带处理电路13与主机30之间双向通信连接。所述第一低噪声放大电路11和下变频电路12组成接收机模块，所述上变频电路14和功率放大电路15组成发射机模块。

所述北斗RNSS/GPS单元20包括第二低噪声放大电路21以及第二基带处理电路22，所述第二低噪声放大电路21的信号输入端连接北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据，第二低噪声放大电路21的信号输出端连接第二基带处理电路22的信号输入端，所述第二基带处理电路22与主机30之间双向通信连接。

所述第一基带处理电路13包括第一基带芯片，所述第一基带芯片的型号为BM3005MQ；第二基带处理电路22第二基带芯片，所述第二基带芯片的型号为STA8090FGBTR；所述主机30包括信号处理芯片，所述信号处理芯片的型号为Energy Micro公司生产的EFM32G210F128。所述北斗RDSS单元10、北斗RNSS/GPS单元20、主机30、电源管理单元40均设置于同一PCB板上，分别由屏蔽罩隔离在独自的密闭腔体内，利于系统集成，具有良好的电磁兼容性。

本发明的北斗RDSS单元10接收RDSS卫星信号后，经第一低噪声放大电路11滤波、放大后送至下变频电路12，放大后的RDSS卫星信号经过下变频电路12的变频芯片两级下变频后转换为中频信号，RDSS卫星信号进行中频放大、滤波、采样后，送至第一基带处理电路13进行处理；第一基带处理电路13的基带芯片输出BPSK调制信号至上变频电路14，上变频电路14对信号进行整形、滤波、调制后，经功率放大电路15放大后送出。第二低噪声放大电路21接收北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据，信号经过第二低噪声放大电路21放大、滤波后送至第二基带处理电路22进行处理，主机30将北斗RDSS单元10和北斗RNSS/GPS单元20串口数据进行融合，转换为用户特有协议输出。电源管理单元40为整个电路提供所需工作电源。

本发明中的主机包括接收通道、ADC模块、FPGA、接口电路和电源模块，所述接收通道的输入端和输出端分别与喇叭天线的输出端和ADC模块的输入端连接，所述FPGA的输入端和输出端分别与ADC模块的输出端和接口电路的输出端连接，所述电源电路分别与喇叭天线、接收通道、ADC模块、FPGA、接口电路连接。所述主机还包括DDR模块，所述DDR模块与FPGA连接，其包括至少一片DDR2芯片，用于对FPGA中的数据进行缓存。所述DDR2芯片每片容量2Gb，分别连接到FPGA，各片DDR2芯片相互独立，分别控制，互不影响。所述DDR2芯片电源输入为1.8V，两片DDR2芯片采用同一个电源输入，考虑两片芯片布局时距离较远，PCB上也需要考虑电源压降，因此在每个芯片附近都需要串接一个大容量的钽电解电容。所述主机还包括配置电路，实现FPGA的上电加载，加载方式为串行加载。通过在FPGA外部挂接一片SPI FLASH芯片实现配置，SPI FLASH芯片容量为64Mbit，操作时钟可达50MHz，综合后的配置文件小于5MB。所述FPGA中包括DDR2芯片控制器，控制DDR2芯片对数据进行缓存。所述主机还包括频率综合器，其用于将本地10MHz参考信号综合后产生本振信号和62MHz正弦时钟信号。所述主机还包括时钟分配模块，其包括比较器电路和时钟分配电路，所述比较器电路将62MHz正弦时钟信号依次经过运放、电压跟随器、电压过零比较电路得到方波形式时钟信号并输出至时钟分配电路，所述时钟分配电路用于将方波形式时钟信号经过功分分成两路，一路输出至FPGA，另一路输出至ADC。所述ADC模块完成接收通道输出的模拟中频信号的数字化过程，在将模拟信号量化后直接输出给FPGA进行数据采集、数据缓存、数字下变频等处理，由两片双通道的ADC芯片构成，芯片分辨率为8bi t，最大采样率为80MSPS，AD采样率为62MSPS。另外，本发明的北斗RDSS射频发射信号检测装置还包括用于接收低噪声放大器输出信号的射频收发变频芯片1，所述射频收发变频芯片1的一中频输出端和一中频输入端均与一中频滤波器2相连，所述射频收发变频芯片1的信号输入端连接电源转换电路3的信号输出端，所述射频收发变频芯片1的参考频率输入端连接晶体振荡器5的信号输出端，所述射频收发变频芯片1的时钟锁相环路与锁相环路滤波器4相连，所述射频收发变频芯片1的发射通道本振锁相环路与发射锁相环路滤波器6相连，所述射频收发变频芯片1的接收通道本振锁相环路与接收锁相环路滤波器7相连，所述射频收发变频芯片1的SPI接口与单片机8相连。所述射频收发变频芯片1型号为BG7812EA芯片，所述射频收发变频芯片1的引脚3与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与电容C27、电容C28一端相连，所述电容C27的另一端接地，所述电容C28的另一端与外部低噪声放大器的输出信号端相连；所述射频收发变频芯片1的引脚11与电容C39、电感L5、电容C38的一端相连，所述电容C39的另一端、电感L5的另一端分别连接+3.3V电源，所述电容C38与TXIN信号相连，所述射频收发变频芯片1的引脚13与电阻R15一端相连，所述电阻R15的另一端连接外部TEN发射使能信号端，所述射频收发变频芯片1的引脚16连接外部BPSK调制信号，所述射频收发变频芯片1的引脚32、引脚33分别连接基带数字中频部分，所述射频收发变频芯片1的引脚35、引脚37分别连接电容C26的一端、电容C17的一端，所述电容C26的另一端、电容C17的另一端均接地；所述射频收发变频芯片1的引脚40连接基带部分模拟中频输入端口，所述射频收发变频芯片1的引脚1、引脚2、引脚5、引脚6、引脚8、引脚10、引脚12、引脚14、引脚17、引脚18、引脚23、引脚26、引脚28、引脚31、引脚34、引脚36、引脚38、引脚39、引脚43、引脚44的电源输入端均为+3.3V电源。所述一中频滤波器2芯片型号为TB0939A的声表面带通滤波器；所述一中频滤波器2的IN引脚分别连接电感L1、电感L2的一端，所述电感L1、电感L2的另一端分别连接射频收发变频芯片1的一中频输出端；所述一中频滤波器2的OUT引脚分别连接电感L3、电感L4的一端，所述电感L3、电感L4的另一端分别连接射频收发变频芯片1的一中频输入端；所述一中频滤波器2的其他引脚接地。所述电源转换电路3包括电源转换芯片31，所述电源转换芯片31的型号为LT17633；所述电源转换芯片31的引脚8、引脚5均与电容C1、电容C3的正极端以及+5V电源相连，所述电容C1、电容C3的负极端接地；所述电源转换芯片31的引脚1、引脚2均与电容C2和电容C4的正极端相连，所述电容C2和电容C4的负极端接地，所述电源转换芯片31的引脚2与引脚4之间连接电容C5，所述电源转换芯片31的信号输出端与射频收发变频芯片1的信号输入端相连。所述锁相环路滤波器4包括电阻R5、电容C31、电容C32；所述射频收发变频芯片1的时钟锁相环路与电阻R5、电容C31的一端相连，所述电阻R5的另一端连接电容C32的一端，所述电容C32的另一端与电容C31的另一端均接地。所述晶体振荡器5包括晶振51，所述晶振51的信号输出端连接电容C35的一端，所述电容C35的另一端连接射频收发变频芯片1的参考频率输入端。所述发射锁相环路滤波器6包括电阻R14、电阻R16、电容C48、电容C49、电容C50；所述射频收发变频芯片1的引脚24分别连接电阻R14、电容C48的一端，所述电阻R14的另一端分别连接电容C49的一端、电阻R16的一端、射频收发变频芯片1的引脚25，所述电容C49的另一端与电容C48的另一端均接地，所述电阻R166的另一端连接电容C50的一端，所述电容C50的另一端接地。所述接收锁相环路滤波器7包括电阻R4、电阻R6、电容C30、电容C33、电容C34；所述射频收发变频芯片1的引脚7分别连接电阻R4、电容C30的一端，所述电阻R4的另一端分别连接电容C33的一端、电阻R6的一端、射频收发变频芯片1的引脚9，所述电阻R6的另一端连接电容C34的一端，所述电容C30、电容C33、电容C34的另一端均接地。

进一步地，所述单片机8的型号为ATtiny25V-10SU，所述单片机8的引脚1连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接电源，所述单片机8的引脚8分别连接电容C6、电阻R2的一端，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接电源，所述单片机8的引脚5、引脚6、引脚7、引脚2分别与所述射频收发变频芯片1的引脚22、引脚21、引脚20、引脚19相连。

本发明的北斗RDSS射频发射信号检测装置能够有效降低整机的功耗，体积小、集成度高、功耗低，满足了用户的低功耗和便携性的要求，并用以FPGA为核心的集成电路减小电路规模，实现小型化集成；减小设计复杂程度，减少链路标校过程，增强硬件链路可靠性；在检测射频信号参数，如功率、频率准确度、调制误差等的同时，通过内置的ADC模块和FPGA实现数字信号处理，能准确解调出调制的信息，实现RDSS用户机发射链路的诊断功能，大大降低检验成本，方便快捷，大大提高检验效率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种北斗RDSS射频发射信号检测装置，包括主机、用于接收北斗RDSS卫星数据的北斗RDSS单元，以及用于接收北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据的北斗RNSS/GPS单元，所述北斗RDSS单元、北斗RNSS/GPS单元均与所述主机之间双向通信连接，电源管理单元用于为北斗RDSS单元、北斗RNSS/GPS单元、主机供电；

所述主机包括接收通道、ADC模块、FPGA、接口电路和电源模块，所述接收通道的输入端和输出端分别与喇叭天线的输出端和ADC模块的输入端连接，所述FPGA的输入端和输出端分别与ADC模块的输出端和接口电路的输出端连接，所述电源电路分别与喇叭天线、接收通道、ADC模块、FPGA、接口电路连接；

所述北斗RDSS单元包括第一低噪声放大电路、下变频电路、第一基带处理电路、上变频电路以及功率放大电路，所述第一低噪声放大电路的信号输入端连接北斗RDSS卫星数据，第一低噪声放大电路的信号输出端连接下变频电路的信号输入端，所述下变频电路的信号输出端通过第一基带处理电路连接上变频电路的信号输入端，所述上变频电路的信号输出端连接功率放大电路的信号输入端，所述第一基带处理电路与主机之间双向通信连接；

还包括用于接收低噪声放大器输出信号的射频收发变频芯片，所述射频收发变频芯片的一中频输出端和一中频输入端均与一中频滤波器相连，所述射频收发变频芯片的信号输入端连接电源转换电路的信号输出端，所述射频收发变频芯片的信号输入端连接晶体振荡器的信号输出端，所述射频收发变频芯片的时钟锁相环路与锁相环路滤波器相连，所述射频收发变频芯片的发射通道本振锁相环路与发射锁相环路滤波器相连，所述射频收发变频芯片的接收通道本振锁相环路与接收锁相环路滤波器相连，所述射频收发变频芯片的SPI接口与单片机相连。

2.如权利要求1所述的北斗RDSS射频发射信号检测装置，其特征在于，所述主机还包括DDR模块，所述DDR模块与FPGA连接，其包括至少一片DDR2芯片，用于对FPGA中的数据进行缓存。

3.如权利要求1所述的北斗RDSS射频发射信号检测装置，其特征在于，所述主机还包括时钟分配模块，其包括比较器电路和时钟分配电路，所述比较器电路将62MHz正弦时钟信号经过处理后得到方波形式时钟信号并输出至时钟分配电路，所述时钟分配电路用于将方波形式时钟信号经过功分分成两路，一路输出至FPGA，另一路输出至ADC。

4.如权利要求1所述的北斗RDSS射频发射信号检测装置，其特征在于，所述北斗RNSS/GPS单元包括第二低噪声放大电路以及第二基带处理电路，所述第二低噪声放大电路的信号输入端连接北斗RNSS导航卫星数据和GPS卫星数据，第二低噪声放大电路的信号输出端连接第二基带处理电路的信号输入端，所述第二基带处理电路与主机之间双向通信连接。

5.如权利要求1所述的北斗RDSS射频发射信号检测装置，其特征在于，所述电源转换电路包括电源转换芯片，所述电源转换芯片的型号为LT17633；所述电源转换芯片的引脚8、引脚5均与电容C1、电容C3的正极端以及+5V电源相连，所述电容C1、电容C3的负极端接地；所述电源转换芯片的引脚1、引脚2均与电容C2和电容C4的正极端相连，所述电容C2和电容C4的负极端接地，所述电源转换芯片的引脚2与引脚4之间连接电容C5，所述电源转换芯片的信号输出端与射频收发变频芯片的信号输入端相连。

6.如权利要求1所述的北斗RDSS射频发射信号检测装置，其特征在于，所述发射锁相环路滤波器包括电阻R14、电阻R16、电容C48、电容C49、电容C50；所述射频收发变频芯片的引脚24分别连接电阻R14、电容C48的一端，所述电阻R14的另一端分别连接电容C49的一端、电阻R16的一端、射频收发变频芯片的引脚25，所述电容C49的另一端与电容C48的另一端均接地，所述电阻R166的另一端连接电容C50的一端，所述电容C50的另一端接地。

7.如权利要求1所述的北斗RDSS射频发射信号检测装置，其特征在于，所述单片机的引脚1连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端连接电源，所述单片机的引脚8分别连接电容C6、电阻R2的一端，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接电源，所述单片机的引脚5、引脚6、引脚7、引脚2分别与所述射频收发变频芯片的引脚22、引脚21、引脚20、引脚19相连。