CN109001777A - 基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端及方法 - Google Patents

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马胜伟
吴洽儿
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Abstract

本发明提供了一种基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端及方法，其中所述双模船载终端，包括显控终端，与显控终端分别连接的电源模块、模拟追踪模块、反解算模块以及通信模块；本发明还提供了一种基于北斗卫星导航系统定位通信方法，利用双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号进行模拟信号处理，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，依据通信请求发送数据库的数据至用户终端。

Description

基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端及方法
技术领域
本发明涉及双模船载终端技术领域，具体地涉及基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端及方法。
背景技术
对于车辆、船舶、航空器等移动载体，因其运动的需要，一方面要实现定位，获悉自己的当前位置和运动轨迹等信息；另一方面对于移动载体的管理部门，通常还需要对这些移动载体进行监控，或者为其提供其它服务。因而，对于海洋上的船舶等远离陆地的移动载体而言，除应准确知道自己的当前位置(经纬度)，航向和航速等信息外，还应将这些信息上报给管理中心。
目前我国可应用的卫星导航系统包括GPS卫星导航系统和北斗卫星导航系统。GPS系统具有实时性好、精确度高等优点，但缺点是GPS接收机只能接收GPS信号，缺乏信息的交互性。我国自主研发的北斗卫星系统可以实现定位和通信等功能，用户终端可按一定频度发出定位或通信请求，从而获得定位信息，并与其他终端进行通信，但实时性受到频度限制。
因此，对于海洋上的船舶而言，如何基于现有的卫星导航系统实现船舶的定位和通信，既能实时获得高精度的定位信息，又能进行交互通信实现管理功能，目前现有的双模船载终端，用于进行GPS的实时定位或北斗的请求定位，并对所接收的定位数据进行分析、过滤、验证、打包处理；还用于与北斗卫星进行通信，向北斗卫星发送定位请求、将获得的定位数据打包发送至北斗卫星，再转发给地面控制中心；还用于接收地面控制中心经北斗卫星转发的控制指令、文字通信信息；其需要通过地面站进行转发才能获取位置信息，根据位置信息进行数据输入进行人工预算预期的航向和航速，过程复杂，预期的结果误差较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端及方法。
本发明采用的技术方案是：
一种基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，包括显控终端，与显控终端分别连接的电源模块、模拟追踪模块、反解算模块以及通信模块，所述通信模块包括双模双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片，所述双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号经过低噪音放大器进行初级放大，形成初级放大信号，通过混频器将初级放大信号进行处理，由下变频输出模拟信号，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，并通过通信模块传递至用户终端。
优选的，所述显控终端还连接模拟数据库，该模拟数据库为模拟信号基于北斗卫星测算范围内经度和纬度数据的映射数据库，既模拟信号包含的模拟经度和模拟纬度的信息与北斗卫星测算范围内经度和纬度数据一一对应。
优选的，所述显控终端用于显示GIS电子地图，并通过模拟追踪模块实时标注模拟经度和模拟纬度至GIS电子地图，通过实时标注的模拟经度和模拟纬度推算航向和航速。
优选的，所述反解算模块依据模拟数据库反结算船体的位置、推算的航向和航速。
优选的，所述捕获的数字基带信号在基带芯片处理过程中产生伪随机码序列以及进行本地载波，依据估计的可见卫星的多普勒频移以及粗略码相位，将数字基带信号与伪随机码序列以及进行本地载波分别相关，依据设定的阈值判断是否捕获成功。
优选的，依据所述的伪随机码序列以及进行本地载波进行码追踪和载波追踪，通过导航数据解调计算得到模拟经度和模拟纬度。
本发明还提供了一种基于北斗卫星导航系统定位通信方法，包括如下步骤：利用双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号经过低噪音放大器进行初级放大，形成初级放大信号，通过混频器将初级放大信号进行处理，由下变频输出模拟信号，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，将上述的船的位置以及预期的航向位置存入缓存区，所述通信模块的串口模块接收缓存区的数据信息，判断信息的类型，以及进行定位协议判断解析，将解析后的数据存储于数据库，依据通信请求发送数据库的数据至用户终端。
优选的，所述串口模块接收缓存区的数据信息的步骤如下：串口模块进行初始化，打开串口，读入串口数据存入缓存区，连接数据库，启动数据库接入缓存区，进行定位协议判断解析，将解析后的数据存储于数据库。
本发明具有以下优点：
在传统的技术中，参照专利公开号（CN101329180A），双模定位通信单元包括北斗模块、GPS模块、综合数据控制模块，其中：
北斗模块，用于与北斗卫星进行信息交互，向北斗卫星发送请求或上报信令、定位数据信息，接收定位信息以及地面控制中心的控制指令、短信；GPS模块，用于接收GPS卫星信号，进行GPS实时定位，并将定位信息发送给综合数据控制模块；综合数据控制模块，用于对定位信息进行分析、过滤、打包处理，将接收的定位信息或分析处理后的定位信息发送到显示控制单元，和/或将定位信息进行处理后，经北斗模块通过北斗卫星发送给地面控制中心或其它船载终端。
上述的方式只能将船接收的定位信息或分析处理后的定位信息发送到显示控制单元，不能对航向、航速做出预判断。
本发明通过模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，相比上述的技术手段，除提供精确的位置信息之外，还能通过显控终端预判船航向、航速，过程比现有技术更简单。
附图说明
图1为本发明中现有技术中双模通信终端的框架原理图；
图2为本发明中双模通信终端的框架原理图；
图3为本发明中双模通信终端的处理流程图；
图4为本发明中方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参照图1，目前的北斗通信过程为用户向北斗卫星发送定位请求、将获得的定位数据打包发送至北斗卫星，再转发给地面控制中心；还用于接收地面控制中心经北斗卫星转发的控制指令、文字通信信息。
参照专利公开号（CN101329180A）：该公开的专利文献公开了一种双模船载终端的定位通信方法，包括如下的步骤：
A、进行GPS的实时定位或北斗的请求定位，并对其定位数据进行分析、过滤、验证、打包处理；
B、与北斗卫星进行通信，向北斗卫星发送定位请求、将获得的定位数据打包后发送至北斗卫星，由北斗卫星转发给地面控制中心，并接收地面控制中心经北斗卫星转发来的控制指令、数据信息；
C、将所述定位信息、地面控制中心的文字通信、控制指令、告警信息显示给用户。
从开的技术方案来看，该技术无法将获取的信息进行模拟，以及无法通过模拟信息获取精确的预期航向和航速。
参照图2至图3，为此，本发明公开了一种基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，包括显控终端，与显控终端分别连接的电源模块、模拟追踪模块、反解算模块以及通信模块，所述通信模块包括双模双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片，所述双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号经过低噪音放大器进行初级放大，形成初级放大信号，通过混频器将初级放大信号进行处理，由下变频输出模拟信号，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，并通过通信模块传递至用户终端。
所述显控终端还连接模拟数据库，该模拟数据库为模拟信号基于北斗卫星测算范围内经度和纬度数据的映射数据库，既模拟信号包含的模拟经度和模拟纬度的信息与北斗卫星测算范围内经度和纬度数据一一对应。
所述显控终端用于显示GIS电子地图，并通过模拟追踪模块实时标注模拟经度和模拟纬度至GIS电子地图，通过实时标注的模拟经度和模拟纬度推算航向和航速。
所述反解算模块依据模拟数据库反结算船体的位置、推算的航向和航速。
所述捕获的数字基带信号在基带芯片处理过程中产生伪随机码序列以及进行本地载波，依据估计的可见卫星的多普勒频移以及粗略码相位，将数字基带信号与伪随机码序列以及进行本地载波分别相关，依据设定的阈值判断是否捕获成功。
依据所述的伪随机码序列以及进行本地载波进行码追踪和载波追踪，通过导航数据解调计算得到模拟经度和模拟纬度。
参照图4，本发明还提供了一种基于北斗卫星导航系统定位通信方法，包括如下步骤：利用双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号经过低噪音放大器进行初级放大，形成初级放大信号，通过混频器将初级放大信号进行处理，由下变频输出模拟信号，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，将上述的船的位置以及预期的航向位置存入缓存区，所述通信模块的串口模块接收缓存区的数据信息，判断信息的类型，以及进行定位协议判断解析，将解析后的数据存储于数据库，依据通信请求发送数据库的数据至用户终端。
所述串口模块接收缓存区的数据信息的步骤如下：串口模块进行初始化，打开串口，读入串口数据存入缓存区，连接数据库，启动数据库接入缓存区，进行定位协议判断解析，将解析后的数据存储于数据库。
由于目前的大部分地图，如GIS电子地图以GPS为基础的，还没有以北斗为核心设置的电子地图，因此。本发明设计了映射数据库，该映射数据库将以GPS为核心设置的经度和纬度数据信息转化成北斗为核心设置的模拟电子地图，同时模拟信号包含的模拟经度和模拟纬度的信息与北斗卫星测算范围内经度和纬度数据一一对应。
本发明中通信芯片包括三种指令，分别为$--GGA、$--RMC，其对应的电文长度为16个字节，用户地址为24字节、默认情况下，以十六进制ASCII码的形式输出组合定位信息，波特率为9600bps，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验位。根据需要，船载终端需要固定输出信息“$--GGA”与最简导航传输数据信息“$--RMC”两类定位信息。这两类信息中都携带了定位经纬度、时间、高程等信息，其中GGA信息具体意义如下：
$GNGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>
各部分对应的内容为：
<1>定位UTC时间，
hhmmss.sss时分秒格式；
<2>纬度ddmm.mmmm，度分格式；
<3>N/S（北纬或南纬）；
<4>经度dddmm.mmmm，度分格式；
<5>E/W（东经或西经）；
<6>质量因子（0表示没有定位，1表示实时GPS，2表示差分GPS）；
<7>可使用的卫星数量；
<8>水平精度因子（1-99.9）；
<9>天线高程（海平面，-9999.9到9999.9，单位：m）；
<10>大地椭球面相对海平面的高度（单位：m）；
<11>差分GPS数据年龄；
<12>差分基准站号;hh：校验值，<CR><LF>回车和换行[47，48]。
北斗上电后自动不停的将接收到的数据通过串口发送出去，单片机系统由串口2接收这些数据，判断串口2接收缓冲寄存器S2BUF中的字符是否为“$”，若是则将其存入table数组中，并继续将接下来接收到的字符逐个存入GNSS数组中，直到接收到“*”停止接收，暂时关闭串口2中断，等待接下来的判断。判断GNSS，若是“M”，说明该条信息是一条RMC格式的信息，再判断GNSS，若为“A”说明该条信息定位有效，否则丢弃该条信息重新开始接收。如果GNSS为“G”，说明该条信息是一条GGA格式的信息，再判断该条字段的字段6，来判断定位质量因子，若该位为０表示没有定位，舍弃该条信息[49]将GNSS数组中的数据前三三位修改为“$GP”后，再把数组中余下字符逐个发送给串口1的发送缓冲寄存器，由串口1发送给上位机电子海图系统。以便之后的数据处理。
本发明通过模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，相比上述的技术手段，除提供精确的位置信息之外，还能通过显控终端预判船航向、航速，过程比现有技术更简单。
以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，其特征在于，包括显控终端，与显控终端分别连接的电源模块、模拟追踪模块、反解算模块以及通信模块，所述通信模块包括双模双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片，所述双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号经过低噪音放大器进行初级放大，形成初级放大信号，通过混频器将初级放大信号进行处理，由下变频输出模拟信号，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，并通过通信模块传递至用户终端。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，其特征在于，所述显控终端还连接模拟数据库，该模拟数据库为模拟信号基于北斗卫星测算范围内经度和纬度数据的映射数据库，既模拟信号包含的模拟经度和模拟纬度的信息与北斗卫星测算范围内经度和纬度数据一一对应。
3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，其特征在于，所述显控终端用于显示GIS电子地图，并通过模拟追踪模块实时标注模拟经度和模拟纬度至GIS电子地图，通过实时标注的模拟经度和模拟纬度推算航向和航速。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，其特征在于，所述反解算模块依据模拟数据库反结算船体的位置、推算的航向和航速。
5.根据权利要求1所述的基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，其特征在于，所述捕获的数字基带信号在基带芯片处理过程中产生伪随机码序列以及进行本地载波，依据估计的可见卫星的多普勒频移以及粗略码相位，将数字基带信号与伪随机码序列以及进行本地载波分别相关，依据设定的阈值判断是否捕获成功。
6.根据权利要求5所述的基于北斗卫星导航系统定位通信的双模船载终端，其特征在于，依据所述的伪随机码序列以及进行本地载波进行码追踪和载波追踪，通过导航数据解调计算得到模拟经度和模拟纬度。
7.基于北斗卫星导航系统定位通信方法，其特征在于，包括如下步骤：利用双通道导航芯片以及北斗有源通信芯片将天线接收到的卫星信号经过低噪音放大器进行初级放大，形成初级放大信号，通过混频器将初级放大信号进行处理，由下变频输出模拟信号，该模拟信号通过模数转换成数字基带信号，数字基带信号通过基带芯片进行处理，依据捕获的数字基带信号进行跟踪，依据跟踪的结果利用模拟追踪模块在GIS电子地图上标注模拟的航向和航速，通过反解算模块确定船的位置以及预期的航向位置，将上述的船的位置以及预期的航向位置存入缓存区，所述通信模块的串口模块接收缓存区的数据信息，判断信息的类型，以及进行定位协议判断解析，将解析后的数据存储于数据库，依据通信请求发送数据库的数据至用户终端。
8.根据权利要求7所述的基于北斗卫星导航系统定位通信方法，其特征在于，所述串口模块接收缓存区的数据信息的步骤如下：串口模块进行初始化，打开串口，读入串口数据存入缓存区，连接数据库，启动数据库接入缓存区，进行定位协议判断解析，将解析后的数据存储于数据库。
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