CN108199465B - 一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源系统，其特征在于它包括设置在北斗用户终端(1)中的低噪声放大单元(2)、接收/发射单元(3)、基带信号处理单元(4)、MCU控制单元(5)、功率放大单元(6)和电源管理单元(7)。本发明所涉及的北斗用户终端，基于超级电容内阻小，可快速多次充/放电，能够提供北斗用户终端的瞬态大功率需求特点，弥补电源供电不足问题。在北斗用户终端待机，处于信息接收期间，只由电源供电。在北斗用户终端处于信息发送，即向卫星进行通信、定位申请期间，由电源和超容一起提供供电。电源依然提供北斗用户终端待机部分的供电需求，超容提供北斗用户终端功率放大器的大功率需求部分的供电。
Description
技术领域
本发明涉及北斗卫星导航通信用户终端设备，特别涉及解决北斗用户终端设备因通信、定位申请期间的瞬态大功率需求导致电源供电能力不足的技术问题，具体涉及一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源及方法。
背景技术
北斗卫星导航系统能为人类提供通信、导航、定位、授时等一系列服务，被广泛应用于导弹制导、海洋救生、航空航天、野外勘探及汽车导航等领域。
应用领域的广泛，终端供电电源也会千差万别。供电电源供电能力不足，不能满足北斗用户终端所需要的瞬态大功率需求，会导致北斗用户终端发射功率小，导致终端定位、通信成功率降低，甚至不能正常工作。
因此，为了应对北斗终端电源供电不足问题，本发明提出了基于超级电容的北斗用户终端的备用电源方案来弥补电源功率不足。
发明内容
本发明基于上述情况，提供一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源及方法，解决由于北斗用户终端电源供电不足导致的北斗用户终端定位、通信成功率低，甚至不能正常工作的问题。
一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源系统，其特征在于它包括设置在北斗用户终端1中的低噪声放大单元3、接收/发射单元4、基带信号处理单元5、MCU控制单元6、功率放大单元8和电源管理单元9，在所述北斗用户终端1中，由接收天线2接收卫星信号经低噪声放大单元3放大，放大后的信号输入至接收/发射单元4，在接收/发射单元4中将射频信号进行下变频，产生中频信号，并对中频信号进行模数转换，产生数字中频，转换后的数字中频输入至基带信号处理单元5；在基带信号处理单元5对数字中频进行处理，并按照北斗接口协议将信息输出至MCU控制处理单元6；MCU处理单元6完成协议的解析，将信号输出至上位机，至此，北斗用户终端(1)完成了接收过程；
在所述北斗用户终端1中，MCU控制处理单元6上位机发送的通信申请指令或者定位申请，MCU控制处理单元6经过解析，按照北斗接口协议将通信申请或者定位申请发送至基带处理单元5，基带处理单元5对指令进行处理，生成BPSK信号给接收/发射单元4，接收发射单元4对BPSK信号调制到射频载波信号，并将调制的射频信号发送给功率放大单元8，功率放大单元8将调制的射频信号进行功率放大，由发射天线7发送给卫星，至此，北斗用户终端完成的发射过程；
在所述电源管理单元9包括第一电压模块DCDC1、第二电压模块DCDC2和第三电压模块DCDC3、第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2、第三低压差线性稳压器LDO3、第四低压差线性稳压器LDO4、超级电容充电、超级电容和超级电容充电控制主芯片，经过第一电压模块DCDC1降压后给第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2、第三低压差线性稳压器LDO3、第四低压差线性稳压器LDO4。其中第一低压差线性稳压器LDO1给低噪声放大单元3供电，第二低压差线性稳压器LDO2给接收/发射单元4供电，第三低压差线性稳压器LDO3给基带处理单元5供电，第四低压差线性稳压器LDO4给MCU控制处理单元6供电；第二电压模块DCDC2和第三电压模块DCDC3对电源输入电压进行处理，将输入电压处理至功率放大单元8的供电电压值DC+12V；在首次上电时，超级电容充电电路通过先恒流模式后恒压模式实现对超级电容的充电；在北斗用户终端1正常工作期间，超级电容充电电路会在超级电容每次供完功率放大单元工作8后对其进行消耗的功率进行补充。
在所述的接收过程中，由MCU控制处理单元6对各低压差线性稳压器控制关断、开启对相关电路进行供电；此部分消耗功率较低，由电源直接供电。
在所述的发射过程中，功率放大单元8是最主要的功率消耗部分；在功率放大单元8工作期间，由超级电容供其功率消耗；在其工作停止后通过超级电容充电电路对其进行充电，补充发射消耗的功率。
一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源方法，其特征在于它包括如下步骤：
步骤1)在北斗用户终端1中设置低噪声放大单元3、接收/发射单元4、基带信号处理单元5、MCU控制单元6、功率放大单元8和电源管理单元9；
步骤2)在所述北斗用户终端1中，由接收天线2接收卫星信号经低噪声放大单3元放大，放大后的信号输入至接收/发射单元4；
步骤3)在接收/发射单元4中将射频信号进行下变频，产生中频信号，并对中频信号进行模数转换，产生数字中频，转换后的数字中频输入至基带信号处理单元5；
步骤4)在所述基带信号处理单元5对数字中频进行处理，并按照北斗接口协议将信息输出至MCU控制处理单元6；
步骤5)由所述MCU处理单元6完成协议的解析，将信号输出至上位机，至此，北斗用户终端1完成了接收过程。
还包括步骤6)：所述北斗用户终端1中，MCU控制处理单元6上位机发送的通信申请指令或者定位申请，MCU控制处理单元6经过解析，按照北斗接口协议将通信申请或者定位申请发送至基带处理单元5，基带处理单元5对指令进行处理，生成BPSK信号给接收/发射单元4，接收发射单元4对BPSK信号调制到射频载波信号，并将调制的射频信号发送给功率放大单元8，功率放大单元8将调制的射频信号进行功率放大，由发射天线7发送给卫星，至此，北斗用户终端1完成的发射过程。
在所述电源管理单元9包括第一电压模块DCDC1、第二电压模块DCDC2和第三电压模块DCDC3、第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2、第三低压差线性稳压器LDO3、第四低压差线性稳压器LDO4、超级电容充电、超级电容和超级电容充电控制主芯片，经过第一电压模块DCDC1降压后给第一低压差线性稳压器LDO1、第二低压差线性稳压器LDO2、第三低压差线性稳压器LDO3、第四低压差线性稳压器LDO4。其中第一低压差线性稳压器LDO1给低噪声放大单元3供电，第二低压差线性稳压器LDO2给接收/发射单元4供电，第三低压差线性稳压器LDO3给基带处理单元5供电，第四低压差线性稳压器LDO4给MCU控制处理单元6供电；第二电压模块DCDC2和第三电压模块DCDC3对电源输入电压进行处理，将输入电压处理至功率放大单元8的供电电压值DC+12V；在首次上电时，超级电容充电电路通过先恒流模式后恒压模式实现对超级电容的充电；在北斗用户终端1正常工作期间，超级电容充电电路会在超级电容每次供完功率放大单元8工作后对其进行消耗的功率进行补充。
在所述的步骤5)的接收过程中，由MCU控制处理单元6对各低压差线性稳压器控制关断、开启对相关电路进行供电；此部分消耗功率较低，由电源直接供电。
在所述的步骤6)的发射过程中，功率放大单元8是最主要的功率消耗部分；在功率放大单元8工作期间，由超级电容供其功率消耗；在其工作停止后通过超级电容充电电路对其进行充电，补充发射消耗的功率。
本发明的有益效果是：
本发明所涉及的北斗用户终端，基于超级电容内阻小，可快速多次充/放电，能够提供北斗用户终端的瞬态大功率需求特点，弥补电源供电不足问题。
在北斗用户终端待机，处于信息接收期间，只由电源供电。在北斗用户终端处于信息发送，即向卫星进行通信、定位申请期间，由电源和超容一起提供供电。电源依然提供北斗用户终端待机部分的供电需求，超容提供北斗用户终端功率放大器的大功率需求部分的供电。
北斗用户终端通信、定位申请后，电源在提供用北斗用户终端的待机、接收的供电外，向超级电容进行充电，补充功率放大器消耗的能量。超容充满后，电源继续供北斗用户终端的待机，即接收状态供电。
因此，此种方案可解决北斗用户终端在通信、定位申请时的瞬态大功率不能被电源满足的问题。提高了北斗用户终端的通信、定位成功率，确保了北斗用户终端的可靠性、稳定性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的电路框图；
其中：1、北斗用户终端，2、接收天线，3、低噪声放大单元，4、接收/发射单元，5、基带信号处理单元，6、MCU控制单元，7、发射天线，8、功率放大单元，9、电源管理单元。
图2为本发明实施实例电源管理单元电源供电方案示意图。
图3是本发明的超级电容充电芯片的原理框图。
图4是本发明的超级电容充电控制主芯片的电路图。
图5是本发明的低压差线性稳压器LDO的原理框图。
图6是本发明的电压模块的电路图。
具体实施方式
以下、基于附图说明本发明的一种实施方式。
图1至图6，是表示本发明的一种实施方式所涉及的北斗用户终端1的功能结构框图，包括低噪声放大单元3、接收/发射单元4、基带信号处理单元5、MCU控制单元6、功率放大单元8、电源管理单元9。
在该北斗用户终端1中，由接收天线2接收卫星信号经低噪声放大单3元放大，放大后的信号输入至接收/发射单元4。在接收/发射单元4中将射频信号进行下变频，产生中频信号，并对中频信号进行模数转换，产生数字中频。转换后的数字中频输入至基带信号处理单元5。在基带信号处理单元对数字中频进行处理，并按照北斗接口协议将信息输出至MCU控制处理单元6。MCU处理单元6完成协议的解析，将信号输出至上位机。至此，北斗用户终端完成了接收过程。
在该北斗用户终端1中，上位机发送通信申请指令或者定位申请至MCU控制处理单元6。MCU控制处理单元6经过解析，按照北斗接口协议将通信申请或者定位申请发送至基带处理单元5。基带处理单元5对指令进行处理，生成BPSK信号给接收/发射单元4。接收发射单元4对BPSK信号调制到射频载波信号，并将调制的射频信号发送给功率放大单元8。功率放大单元8将调制的射频信号进行功率放大，由发射天线7发送给卫星。至此，北斗用户终端完成的发射过程。
图2是表示所述电源管理单元9的一种电路结构框图。电源输入至电源管理单元9，经过DCDC1降压后给LDO1、LDO2、LDO3、LDO4。其中LDO1给低噪声放大单元3供电，LDO2给接收/发射单元4供电，LDO3给基带处理单元5供电，LDO4给MCU控制处理单元6供电。DCDC2和DCDC3对电源输入电压进行处理，将输入电压处理至功率放大单元的供电电压值DC+12V。在首次上电时，超级电容充电电路通过先恒流模式后恒压模式实现对超级电容的充电。在北斗用户终端正常工作期间，超级电容充电电路会在超级电容每次供完功率放大单元工作后对其进行消耗的功率进行补充。
所述的接收过程中，由MCU控制处理单元6对各LDO控制关断、开启对相关电路进行供电。此部分消耗功率较低，由电源直接供电。
所述的发射过程中，功率放大单元8是最主要的功率消耗部分。在功率放大单元8工作期间，由超级电容供其功率消耗。在其工作停止后通过超级电容充电电路对其进行充电，补充发射消耗的功率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源系统，其特征在于它包括设置在北斗用户终端(1)中的低噪声放大单元(3)、接收/发射单元(4)、基带信号处理单元(5)、MCU控制单元(6)、功率放大单元(8)和电源管理单元(9)，在所述北斗用户终端(1)中，由接收天线(2)接收卫星信号经低噪声放大单元(3)放大，放大后的信号输入至接收/发射单元(4)，在接收/发射单元(4)中将射频信号进行下变频，产生中频信号，并对中频信号进行模数转换，产生数字中频，转换后的数字中频输入至基带信号处理单元(5)；在基带信号处理单元(5)对数字中频进行处理，并按照北斗接口协议将信息输出至MCU控制单元(6)；MCU控制单元(6)完成协议的解析，将信号输出至上位机，至此，北斗用户终端(1)完成了接收过程；
所述北斗用户终端(1)中，MCU控制单元(6)上位机发送的通信申请指令或者定位申请，MCU控制单元(6)经过解析，按照北斗接口协议将通信申请或者定位申请发送至基带信号处理单元(5)，基带信号处理单元(5)对指令进行处理，生成BPSK信号给接收/发射单元(4)，接收发射单元(4)对BPSK信号调制到射频载波信号，并将调制的射频信号发送给功率放大单元(8)，功率放大单元(8)将调制的射频信号进行功率放大，由发射天线(7)发送给卫星，至此，北斗用户终端(1)完成的发射过程；
所述电源管理单元(9)包括第一电压模块(DCDC1)、第二电压模块(DCDC2)和第三电压模块(DCDC3)、第一低压差线性稳压器(LDO1)、第二低压差线性稳压器(LDO2)、第三低压差线性稳压器(LDO3)、第四低压差线性稳压器(LDO4)、超级电容充电、超级电容和超级电容充电控制主芯片，经过第一电压模块(DCDC1)降压后给第一低压差线性稳压器(LDO1)、第二低压差线性稳压器(LDO2)、第三低压差线性稳压器(LDO3)、第四低压差线性稳压器(LDO4)；其中第一低压差线性稳压器(LDO1)给低噪声放大单元(3)供电，第二低压差线性稳压器(LDO2)给接收/发射单元(4)供电，第三低压差线性稳压器(LDO3)给基带信号处理单元(5)供电，第四低压差线性稳压器(LDO4)给MCU控制单元(6)供电；第二电压模块(DCDC2)和第三电压模块(DCDC3)对电源输入电压进行处理，将输入电压处理至功率放大单元的供电电压值DC+12V；在首次上电时，超级电容充电电路通过先恒流模式后恒压模式实现对超级电容的充电；在北斗用户终端(1)正常工作期间，超级电容充电电路会在超级电容每次供完功率放大单元(8)工作后对其进行消耗的功率进行补充。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容的北斗用户终端备用电源系统，其特征在于在所述的接收过程中，由MCU控制单元(6)对各低压差线性稳压器控制关断、开启对相关电路进行供电；此部分消耗功率较低，由电源直接供电。
3.根据权利要求2所述的基于超级电容的北斗用户终端备用电源系统，其特征在于在所述的发射过程中，功率放大单元(8)是最主要的功率消耗部分；在功率放大单元(8)工作期间，由超级电容供其功率消耗；在其工作停止后通过超级电容充电电路对其进行充电，补充发射消耗的功率。
4.一种基于超级电容的北斗用户终端备用电源方法，其特征在于它包括如下步骤：
步骤1)在北斗用户终端(1)中设置低噪声放大单元(3)、接收/发射单元(4)、基带信号处理单元(5)、MCU控制单元(6)、功率放大单元(8)和电源管理单元(9)；
步骤2)在所述北斗用户终端(1)中，由接收天线(2)接收卫星信号经低噪声放大单元(3)放大，放大后的信号输入至接收/发射单元(4)；
步骤3)在接收/发射单元(4)中将射频信号进行下变频，产生中频信号，并对中频信号进行模数转换，产生数字中频，转换后的数字中频输入至基带信号处理单元(5)；
步骤4)在所述基带信号处理单元(5)对数字中频进行处理，并按照北斗接口协议将信息输出至MCU控制单元(6)；
步骤5)由所述MCU控制单元(6)完成协议的解析，将信号输出至上位机，至此，北斗用户终端(1)完成了接收过程；
步骤6)：所述北斗用户终端(1)中，MCU控制单元(6)上位机发送的通信申请指令或者定位申请，MCU控制单元(6)经过解析，按照北斗接口协议将通信申请或者定位申请发送至基带信号处理单元(5)，基带信号处理单元(5)对指令进行处理，生成BPSK信号给接收/发射单元(4)，接收发射单元(4)对BPSK信号调制到射频载波信号，并将调制的射频信号发送给功率放大单元(8)，功率放大单元(8)将调制的射频信号进行功率放大，由发射天线(7)发送给卫星，至此，北斗用户终端(1)完成的发射过程；
所述电源管理单元(9)包括第一电压模块(DCDC1)、第二电压模块(DCDC2)和第三电压模块(DCDC3)、第一低压差线性稳压器(LDO1)、第二低压差线性稳压器(LDO2)、第三低压差线性稳压器(LDO3)、第四低压差线性稳压器(LDO4)、超级电容充电、超级电容和超级电容充电控制主芯片，经过第一电压模块(DCDC1)降压后给第一低压差线性稳压器(LDO1)、第二低压差线性稳压器(LDO2)、第三低压差线性稳压器(LDO3)、第四低压差线性稳压器(LDO4)；其中第一低压差线性稳压器(LDO1)给低噪声放大单元(3)供电，第二低压差线性稳压器(LDO2)给接收/发射单元(4)供电，第三低压差线性稳压器(LDO3)给基带信号处理单元(5)供电，第四低压差线性稳压器(LDO4)给MCU控制单元(6)供电；第二电压模块(DCDC2)和第三电压模块(DCDC3)对电源输入电压进行处理，将输入电压处理至功率放大单元的供电电压值DC+12V；在首次上电时，超级电容充电电路通过先恒流模式后恒压模式实现对超级电容的充电；在北斗用户终端正常工作期间，超级电容充电电路会在超级电容每次供完功率放大单元(8)工作后对其进行消耗的功率进行补充。
5.根据权利要求4所述的基于超级电容的北斗用户终端备用电源方法，其特征在于在所述的步骤5)的接收过程中，由MCU控制单元(6)对各低压差线性稳压器控制关断、开启对相关电路进行供电；此部分消耗功率较低，由电源直接供电。
6.根据权利要求4所述的基于超级电容的北斗用户终端备用电源方法，其特征在于在所述的步骤6)的发射过程中，功率放大单元(8)是最主要的功率消耗部分；在功率放大单元(8)工作期间，由超级电容供其功率消耗；在其工作停止后通过超级电容充电电路对其进行充电，补充发射消耗的功率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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