CN107991697A - 一种多频多模rtk定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频多模RTK定位系统，涉及卫星定位系统领域，包括宽频天线系统，前级多模多频导航射频芯片或对应电路，多颗并行处理的多模多频导航基带芯片或对应的电路，所述同质并行处理的多模多频导航基带芯片或对应的电路，相互具备卫星导航定位信号测量同步功能，定位计算通信功能，因此各个芯片或电路的测量值可以联合解算位置信息，可以利用差分信息，实现高精度实时动态差分定位。本发明所述多频多模RTK定位系统利用多颗同质并行处理的导航定位芯片组成新的实现方案，来满足实时动态定位技术所要求的同步大规模测量处理条件，从而替代原有昂贵的单一芯片方案，为应用普及创造条件。

Description

一种多频多模RTK定位系统
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种利用卫星导航定位系统信号实现多频高精度实时动态差分定位技术的系统。
背景技术
卫星导航定位系统可实现无遮挡的任何地点和任何时间的定位。卫星导航定位系统包括中国的北斗第二代卫星导航定位系统，美国的GPS全球卫星导航定位系统、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航定位系统，欧盟的伽利略卫星导航定位系统，以及其他区域性卫星导航定位系统。四大全球导航系统中，每个系统又有多个频段信号供同时接收，四个全球导航系统的最常用的集中单频段，称为L1频段，四个全球导航系统的另外信号集中频段统称为L2/L5频段。
根据码相位测量原理，民用码可以达到2-3米的静态定位精度，5-10米的动态定位精度。采用这一技术的定位芯片，由两部分功能组成，分别是射频信号处理部分和基带信号处理部分。近年来随着技术进步，将以上所述的两个部分集成在一起，成为一颗导航定位射频基带的集成芯片，已经成为主流技术之一。此外，分别做成两个芯片的应用技术方案，仍在市场上有大量应用。
根据载波相位的测量原理，辅以差分测量技术，实时解算整周模糊度，可以实现实时动态定位技术，定位精度可以达到厘米级，这种技术被称为多频RTK(Real-timeKinematic)技术。该技术被广泛应用在测绘领域。采用这一技术的流行方案，需要多颗射频芯片与一颗专门定制的基带芯片，其中基带芯片为了达到尽量多的观测，减少误差，采用了上百个乃至上千个的相关器硬件资源配置方案，用于稳定测量，整个芯片硬件资源需求巨大，是前述单一导航定位射频基带集成芯片中相关器资源的5-10倍，因此使用一颗前述导航定位射频基带集成芯片无法满足这一硬件资源的配置要求。厂家不得不为此单独开发专用基带芯片，或者采用FPGA芯片定制硬件资源，这类专用基带芯片被称为高精度RTK基带芯片。
高精度定位需求十分广泛，但是由于高精度RTK基带芯片方案或FPGA芯片方案成本较高，成为应用普及的主要阻碍之一。因此，本领域的技术人员致力于开发一种多频多模RTK定位系统，降低现有技术方案的芯片成本，满足高精度定位的低成本需求。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在不使用专用基带芯片的情况下，改变现有的技术方案，使得方案成本降低，但是又同时能满足高精度定位的要求。
为实现上述目的，本发明提供了一种多频多模RTK定位系统，包括天线模块、射频模块和基带模块，其中，所述射频模块被配置为通过所述天线模块接收卫星导航定位系统的射频信号，并输出中频信号至所述基带模块，所述基带模块包括一个或多个同质基带芯片，所述多个同质基带芯片之间配置为分布式计算处理方式。
进一步地，所述多个同质基带芯片之间配置有测量同步链路和计算通讯链路，所述测量同步链路和所述计算通讯链路被配置为联合使用测量值以及在所述多个同质基带芯片之间迁移定位计算处理结果。
进一步地，所述分布式计算处理方式被配置为任意一颗所述同质基带芯片为测量主控与计算主控，其余所述同质基带芯片为测量从属，不做定位计算；或者，所有同质基带芯片测量各自主控，任意一颗所述同质基带芯片做计算主控，其余所述同质基带芯片做计算从属。
进一步地，所述射频模块包括第一射频芯片和第二射频芯片，所述第一射频芯片被配置为处理L1频段的载波信号；所述第二射频芯片被配置为处理L2/L5频段的载波信号。
进一步地，所述基带模块包括第一基带芯片、第二基带芯片、第三基带芯片和第四基带芯片。
进一步地，所述第一基带芯片被配置为处理第一卫星导航定位系统的多种下变频信号、所述第二基带芯片被配置为处理第二卫星导航定位系统的多种下变频信号、所述第三基带芯片被配置为处理第三卫星导航定位系统的多种下变频信号和所述第四基带芯片被配置为处理第四卫星导航定位系统的多种下变频信号，所述第一基带芯片或所述第二基带芯片或所述第三基带芯片或所述第四基带芯片被配置为执行定位计算主控和融合四个卫星导航定位系统的差分结果。
进一步地，所述第一基带芯片被配置为处理第一卫星集合的多种下变频信号、所述第二基带芯片被配置为处理第二卫星集合的多种下变频信号、所述第三基带芯片被配置为处理第三卫星集合的多种下变频信号和所述第四基带芯片被配置为处理第四卫星集合的多种下变频信号，所述第一基带芯片或所述第二基带芯片或所述第三基带芯片或所述第四基带芯片被配置为执行定位计算主控和融合四个卫星集合的差分结果。
进一步地，所述卫星导航定位系统包括北斗卫星导航定位系统、GPS全球卫星导航定位系统、格洛纳斯卫星导航定位系统、伽利略卫星导航定位系统、以及其他区域性卫星导航定位系统。
进一步地，所述多个同质基带芯片被配置为测量与定位分离，各自主控。
进一步地，所述同质基带芯片中的一个或多个可被配置为具有集成射频功能的单芯片。
本发明的目的是提供一种多频多模RTK定位系统，利用多颗同质并行处理的导航定位芯片组成新的实现方案，来满足实时动态定位技术所要求的同步大规模测量处理条件，从而替代原有昂贵的方案，为应用普及创造条件，实现了由多颗廉价的低功耗导航基带芯片，替代昂贵的高能耗专用高精度RTK基带芯片，达到高精度定位方案的低成本、低功耗、高可用目标。
本发明通过不同数量的并行处理的多模多频导航基带芯片或对应电路的配置，可以灵活实现多种不同数量的导航系统的处理方案，多种不同数量的卫星跟踪能力的处理方案，多种不同相关通道资源的处理方案，多种不同成本水平的处理方案，以及多种不同高精度定位初始化时间的处理方案。
本发明通过不同天线个数，不同前级多模多频导航射频芯片或对应电路数量的配置，可以灵活实现不同芯片形态划分的处理方案。这些不同处理方案的共同之处，是多个基带处理部分都具备同质并行处理，测量同步机制，定位计算通信机制，可以实现差分定位。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的系统结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的芯片方案架构图；
图3是图2芯片方案的定位资源翻倍的架构图；
图4是图2芯片方案的定位资源减半的架构图；
图5是图2芯片方案的定位资源最简的架构图；
图6是图2芯片方案的测量与定位分离的架构图；
图7是本发明的另一个较佳实施例的芯片方案架构图；。
具体实施方式
以下结合附图所示的具体的芯片配置与组合，对本发明的多频多模RTK定位系统做详细阐述。
图1是本发明所述系统的结构示意图。所述架构具备宽带天线系统1，前级多模多频射频芯片或对应电路2，多个多模多频导航基带芯片或对应电路3；多个多模多频导航基带芯片或对应电路3之间通过测量同步链路4，定位计算通信链路5互联在一起，通过多模多频导航基带芯片或对应电路3的软件配置，可实现不同的测量配置，定位计算配置，差分融合配置等。多个多模多频导航基带芯片或对应电路3的数量可以根据系统定位要求，可见卫星数量，系统性能要求，灵活配置，理论上，下限最少为一，上限没有限制。
图2是本发明所述系统的一种芯片方案构架图。所述架构具备两个射频芯片，一个是L1频段多模导航射频芯片6，一个是L2/L5多模导航射频芯片7；所述架构具备四个多模多频导航基带芯片3；四个多模多频导航基带芯片3之间通过测量同步链路4，定位计算通信链路5互联在一起，通过多模多频导航基带芯片3的软件配置，实现每个多模多频导航基带芯片3只处理一个卫星导航定位系统信号的多种下变频信号，从而实现第一个多模多频导航基带芯片3完成北斗卫星跟踪捕获，测量定位，第二个多模多频导航基带芯片3完成GPS卫星跟踪捕获，测量定位，第三个多模多频导航基带芯片3完成格洛纳斯卫星跟踪捕获，测量定位，第四个多模多频导航基带芯片3完成伽利略卫星跟踪捕获，测量定位。通过定位计算通信链路5的信息交互，可以从外界获得各自的差分信息，在每个芯片内部做各自的差分，并将差分关键参数在四个多模多频导航基带芯片3之间做广播，通过软件配置第一个多模多频导航基带芯片3同时执行定位计算主控功能，负责融合四个系统的差分结果。以上软件配置方案可以称为单芯片单系统独立差分，四芯片四系统融合。
在上面的方案中，连接方式不变，还可以通过改动软件配置方式，设置第一个多模多频导航基带芯片3完成第一个卫星集合的四系统混合差分定位，设置第二个多模多频导航基带芯片3完成第二个卫星集合的四系统混合差分定位，设置第三个多模多频导航基带芯片3完成第三个卫星集合的四系统混合差分定位，设置第四个多模多频导航基带芯片3完成第四个卫星集合的四系统混合差分定位；通过软件配置第一个多模多频导航基带芯片3同时执行定位计算主控功能，负责融合四个卫星集合的四系统差分结果。这里所述的卫星集合是指同一个卫星系统内部的多颗卫星或者不同卫星系统间任意选取的多个卫星的组合。以上软件配置方案可以称为单芯片多系统联合差分，四芯片资源扩展融合。
图3是本发明对应图2处理框架定位资源翻倍的架构图。
图4是本发明对应图2处理框架定位资源减半的架构图。
图5是本发明对应图2处理框架定位资源最简的架构图。
图6是本发明对应图2处理框架测量与定位分离的架构图。
对比图2方案、图3方案、图4方案、图5方案、图6方案的实现架构，都是利用多个多模多频导航基带芯片3，组建不同卫星跟踪测量能力的实现方案，图3方案、图4方案、图5方案、图6方案可以称为图2方案的衍生方案。这是本发明所述系统定位资源可灵活配置的一种体现，是本发明的独特特征之一。
图7是本发明处理框架的另一种芯片方案构架图。所述架构具备一个L2/L5频段多模导航射频芯片7,所述架构具备四个L1频段多模导航射频基带集成芯片8；四个L1频段多模导航射频基带集成芯片8之间通过测量同步链路4，定位计算通信链路5互联在一起，通过L1频段多模导航射频基带集成芯片8的软件配置，实现每个L1频段多模导航射频基带集成芯片8，只处理一个卫星导航定位系统信号的多种下变频信号，从而实现第一个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成北斗卫星跟踪捕获，测量定位，第二个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成GPS卫星跟踪捕获，测量定位，第三个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成格洛纳斯卫星跟踪捕获，测量定位，第四个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成伽利略卫星跟踪捕获，测量定位。通过定位计算通信链路5的信息交互，可以从外界获得各自的差分信息，在每个芯片内部做各自的差分，并将差分关键参数在四个L1频段多模导航射频基带集成芯片8之间做广播，通过软件配置第一个L1频段多模导航射频基带集成芯片8同时执行定位计算主控功能，负责融合四个系统的差分结果。以上软件配置方案可以称为单芯片单系统独立差分，四芯片四系统融合。
在上面的方案中，连接方式不变，还可以通过改动软件配置方式，设置第一个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成第一个卫星集合的四系统混合差分定位，设置第二个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成第二个卫星集合的四系统混合差分定位，设置第三个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成第三个卫星集合的四系统混合差分定位，设置第四个L1频段多模导航射频基带集成芯片8完成第四个卫星集合的四系统混合差分定位；通过软件配置第一个L1频段多模导航射频基带集成芯片8同时执行定位计算主控功能，负责融合四个卫星集合的四系统差分结果。以上软件配置方案可以称为单芯片多系统联合差分，四芯片资源扩展融合。
图7方案可以按照不同定位资源的配置，实现如图2方案的演化方案，实现资源翻倍的方案，实现资源减半的方案，实现资源最简的方案，实现测量与定位分离的方案，也具有定位资源灵活配置的特点。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多频多模RTK定位系统，其特征在于，包括天线模块、射频模块和基带模块，其中，所述射频模块被配置为通过所述天线模块接收卫星导航定位系统的射频信号，并输出中频信号至所述基带模块，所述基带模块包括一个或多个同质基带芯片，所述多个同质基带芯片之间配置为分布式计算处理方式。
2.如权利要求1所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述多个同质基带芯片之间配置有测量同步链路和计算通讯链路，所述测量同步链路和所述计算通讯链路被配置为联合使用测量值以及在所述多个同质基带芯片之间迁移定位计算处理结果。
3.如权利要求1所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述分布式计算处理方式被配置为任意一颗所述同质基带芯片为测量主控与计算主控，其余所述同质基带芯片为测量从属，不做定位计算；或者，所有同质基带芯片测量各自主控，任意一颗所述同质基带芯片做计算主控，其余所述同质基带芯片做计算从属。
4.如权利要求1所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述射频模块包括第一射频芯片和第二射频芯片，所述第一射频芯片被配置为处理L1频段的载波信号；所述第二射频芯片被配置为处理L2/L5频段的载波信号。
5.如权利要求1所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述基带模块包括第一基带芯片、第二基带芯片、第三基带芯片和第四基带芯片。
6.如权利要求5所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述第一基带芯片被配置为处理第一卫星导航定位系统的多种下变频信号、所述第二基带芯片被配置为处理第二卫星导航定位系统的多种下变频信号、所述第三基带芯片被配置为处理第三卫星导航定位系统的多种下变频信号和所述第四基带芯片被配置为处理第四卫星导航定位系统的多种下变频信号，所述第一基带芯片或所述第二基带芯片或所述第三基带芯片或所述第四基带芯片被配置为执行定位计算主控和融合四个卫星导航定位系统的差分结果。
7.如权利要求5所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述第一基带芯片被配置为处理第一卫星集合的多种下变频信号、所述第二基带芯片被配置为处理第二卫星集合的多种下变频信号、所述第三基带芯片被配置为处理第三卫星集合的多种下变频信号和所述第四基带芯片被配置为处理第四卫星集合的多种下变频信号，所述第一基带芯片或所述第二基带芯片或所述第三基带芯片或所述第四基带芯片被配置为执行定位计算主控和融合四个卫星集合的差分结果。
8.如权利要求1所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述卫星导航定位包括北斗卫星导航定位系统、GPS全球卫星导航定位系统、格洛纳斯卫星导航定位系统、伽利略卫星导航定位系统、以及其他区域性卫星导航定位系统。
9.如权利要求1所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述多个同质基带芯片被配置为测量与定位分离，各自主控。
10.如权利要求1～9中的任意一个所述的多频多模RTK定位系统，其特征在于，所述同质基带芯片中的一个或多个被配置为集成射频功能的单芯片。
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