CN109581440A - 一种集中分布式多系统导航信号处理平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中分布式多系统导航信号处理平台，属于卫星导航技术领域。其包括1个一体化导航信号下变频器、1个信号采集与综合处理主板、6个基带信号处理板、1个高速传输背板和1个电源模块。该平台充分利用了多系统导航频段的复用性特征及处理算法相似性与差异化特征，采取基于四系统频段整合策略的复用式频率分配策略完成导航信号变频处理，并以此为依托完成导航信号一体化采集与分配，并通过GTX高速传输接口实现数字中频信号的实时分配，进而完成四系统各频点信号的基带处理及业务信息输出。本发明提升了多频点情况下信道变频资源及基带数据采集资源的复用性，可以实现导航信号监测接收机的信号兼容性和扩展性。

Description

一种集中分布式多系统导航信号处理平台

技术领域

本发明涉及卫星导航、信号处理、高速互联等技术领域，特别是指一种集中分布式多系统导航信号处理平台。

背景技术

卫星导航信号监测接收机作为导航信号接收机产品的一个重要分类，包括导航系统监测接收机及用作其它增强类系统和环境监测系统的各类测量型接收机，不同于车载、手持等导航用户机，监测接收机除实现正常的定位与授时等功能外，还能够提供伪距、载波相位、多普勒、载噪比等原始观测数据及原始导航电文信息等，是实现导航系统高精度星地时间同步、卫星定轨、电离层传播延时修正及各类导航增强系统完好性监测的关键支撑。当今各国主流监测接收机产品包括用于卫星导航系统运行支撑的位于美国西维吉尼亚(WestVirginia)的GBT监测接收系统、德国宇航中心（DLR）通信导航研究所研制的BaySEF监测接收机及用于导航增强类系统的由IFEN公司开发的GATE接收机和由Novatel公司开发的WAASG-II型监测接收机等。

监测接收机因其任务性质，一般具有以下3类特点：

（1） 信号处理功能多样性：根据应用系统、任务类型、应用场合不同导致信号处理需求不同，如当设备用在具有复杂电磁环境的区域时，除该类设备标配的导航原始观测数据采集、电文解调、定位授时功能外，还应具备抗干扰及干扰监测信号处理能力等。

（2） 信号体制兼容性：因多系统兼容互操作等需求，该类产品多数具备对多系统、多频点、多种调制方式的兼容能力，并且随着卫星导航系统发展不断升级纳入，如上述提到的BaySEF监测接收机最大特点就是在传统BPSK信号的基础上增加了对Galileo系统E5频点AltBOC体制信号的处理能力。

（3） 灵活配置与扩展性：因应用场合、任务性质、监测内容的差异，与用户机类产品的高度集成化、封装化和兼容化的设计理念不同，该类产品在设计过程中更多考虑导航频点、监测容量配置性及设备软、硬件扩展性，为功能增添、导航系统与监测信号体制升级奠定基础。

基于上述特点，导航信号监测接收机产品设计研制过程中，虽然Novatel、IFEN等公司会在一些经典通用型号测量型接收机开发过程中采用基于基带处理芯片的低成本方式，但在更多具有定制化需求或精度要求较高的设备（如GPS、Galileo等导航系统装配于地面监测站，用于星地时间同步及高精度卫星定轨的监测接收机）中，导航信号监测接收机类产品更偏向与基于通用性可重构信号处理平台的定制化设计开发方式。

一般情况下，该类通用性可重构平台多使用面向导航频点的处理方式，即以待处理频点为对象，设计信号模拟下变频、A/D采样、数字下变频及基带捕获跟踪等处理。该类设计具有良好的硬件可重构性及信号体制通用性，同时也存在一定不足，主要表现为：当处理系统及频点数目较多时，以频点为对象的信号处理平台硬件资源过分分布，存在大量处理资源消耗问题，设备集成规模也会随即变大，不具备良好的可扩展性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种集中分布式多系统导航信号处理平台，该平台可同时兼容包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo在内的四大主流卫星导航系统，具有硬件资源复用率高、整体扩展性强的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种集中分布式多系统导航信号处理平台，其包括1个一体化导航信号下变频器、1个信号采集与综合处理主板、6个基带信号处理板、1个高速传输背板和1个电源模块；

所述一体化导航信号下变频器包括射频输入端口、功分电路、6个放大处理支路、频率综合电路和电源处理电路，其中，功分电路用于接收由射频输入端口输入的一路宽带输入信号，并采用基于四系统频段整合策略的复用式频率分配方法，将输入信号分为6路不同频段的信号并一一传给6个放大处理支路，各放大处理支路均对输入信号进行射频放大、滤波、下变频、中频放大和AGC放大，然后通过中频输出端口输出模拟中频信号，该6路模拟中频信号实现对北斗、GPS、GLONASS、Galileo四系统现行导航频点的全面覆盖，所述频率综合电路用于形成本振频率，所述电源处理电路用于为各通道有源器件提供工作电压；

所述信号采集与综合处理主板包括三个ADC芯片、第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、第一DSP芯片、第二DSP芯片、第一时钟分配电路、第一板间高速数据传输接口以及第一供电接口；

其中，所述ADC芯片均支持两路模拟中频信号输入及采样，三个ADC芯片用于实现对一体化导航信号下变频器输出的6路模拟中频信号的数字化中频采样处理；

第一FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

ADC芯片采样控制模块，用于完成ADC芯片工作参数配置、采样过程管理及采样后中频数据接收；

干扰检测与抑制模块，用于完成四系统各频点中频导航信号的干扰检测与抑制处理；

第一接口控制模块，用于完成与第二FPGA、第一DSP以及第一板间高速数据传输接口之间的通道构建与数据收发控制，第一接口控制模块的传输内容中包括交互指令、各频点数字中频导航信号以及各基带信号处理板的工作时钟；

第二FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式实现第二接口控制模块，所述第二接口控制模块用于完成与第一FPGA芯片、第二DSP芯片以及第一板间高速数据传输接口之间的通道构建与数据收发控制，第二接口控制模块的传输内容中包括交互指令和业务及监控数据；

第一DSP芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

定位与时间管理模块：用于完成四系统各频点定位解算、钟差解算与本地时间管理；

第三接口控制模块：用于完成与第一FPGA芯片之间的数据收发控制；

第二DSP芯片通过嵌入式程序开发的方式实现第四接口控制模块，所述第四接口控制模块用于完成与第二FPGA以及第一板间高速数据传输接口之间的收发控制，以及通过网口的对外数据交互；

第一时钟分配电路用于完成外部时钟输入接收及板内芯片的工作时钟分配功能；

第一供电接口用于提供供电输入；

所述第一FPGA芯片与第二FPGA芯片之间以及第一FPGA芯片、第二FPGA芯片与信号采集与综合处理主板之间均通过GTX接口实现数据通信，所述第一FPGA芯片和第二FPGA芯片通过SRIO接口和EMIF接口实现与第一、第二DSP芯片之间的数据通信，所述信号采集与综合处理主板通过与第二DSP芯片连接的网口实现与上层用户的数据交互；

所述基带信号处理板包括第三FPGA芯片、第三DSP芯片、第二时钟分配电路、第二板间高速数据传输接口以及第二供电接口；

第三FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

导航信号通道处理模块，用于完成所在基带信号处理板对应频点导航信号的正交解调与相关通道设计，输出通道积分信息；

第五接口控制模块，用于完成与第三DSP芯片、第二板间高速数据传输接口之间的通道构建与数据收发控制，第五接口控制模块的传输内容中包括交互指令和导航业务信息；

第三DSP芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

导航信号基带处理模块，用于完成所在基带信号处理板对应导航信号的通道参数控制，实现信号捕获、跟踪、解调，并输出伪距、载波相位、多普勒、载噪比和导航电文；

第六接口控制模块，用于完成与第三FPGA芯片之间的数据收发控制；

第二时钟分配电路用于完成外部时钟输入接收及板内芯片的工作时钟分配功能；

第二供电接口用于提供供电输入；

所述高速传输背板包括数据传输接口、ERNI 464514数据传输接口插座和ERNI 114404供电接口插座，用于实现与信号采集与综合处理主板和各基带信号处理板之间的物理互联、数据传输以及供电分配，所述高速传输背板还包括电源输入插座，所述电源模块分别与一体化导航信号下变频器的电源处理电路以及高速传输背板的电源输入插座连接，从而为一体化导航信号下变频器、信号采集与综合处理主板和基带信号处理板供电；

外部输入的导航信号通过射频输入端口输入给一体化导航信号下变频器，通过功分电路分为6路信号，每路信号分别传给一个放大处理支路，6个放大处理支路根据频段划分策略对各自支路内的导航信号进行射频放大、滤波、下变频、中频放大和AGC放大，最终输出6路覆盖北斗、GPS、GLONASS、Galileo四系统全部现行导航频点的模拟中频信号；

6路模拟中频信号通过信号采集与综合处理主板的ADC芯片进行数字化中频采样处理，采样获得的数字信号传给第一FPGA芯片的干扰检测与抑制模块，干扰检测与抑制模块对输入信号进行干扰检测与抑制处理，然后通过第一接口控制模块由GTX接口输送至第一板间高速数传接口，并由第一板间高速数传接口输出至该频段信号所对应的基带信号处理板；

所述基带信号处理板在第五接口控制模块的控制，将输入信号由GTX接口传输给第三FPGA，并在第三FPGA中通过导航信号通道处理模块完成I、Q正交解调和通道相关处理，并将通道积分结果通过第五接口控制模块由EMIF接口传输至第三DSP芯片，第三DSP芯片中的导航信号基带处理模块根据通道积分结果完成码环控制、载波环控制、伪距测量、载波相位测量、多普勒和载噪比获取及电文解调，并将处理生成的观测数据、测量信息和导航电文信息经第三FPGA芯片构建的数据传输链路，通过第五接口控制模块由GTX接口传回至信号采集与综合处理主板；

信号采集与综合处理主板通过GTX接口将回传的观测数据、测量信息和导航电文信息传输至第一FPGA芯片和第二FPGA芯片；

第一FPGA芯片通过第一接口控制模块经EMIF接口将回传信息传输至第一DSP芯片，并由第一DSP芯片的定位与时间管理模块根据观测数据和导航电文完成定位解算，再由第一接口控制模块将定位解算与时间管理信息经由EMIF接口和GTX接口传送至第二FPGA芯片；第二FPGA芯片通过第二接口控制模块将定位解算与时间管理信息通过SRIO接口输送至第二DSP芯片，并由第二DSP芯片通过第四接口控制模块经由网口实现最终输出。

具体的，所述基于四系统频段整合策略的复用式频率分配方法的具体方式为：

将输入导航信号通过功分及频分滤波，划分为对应中心频率分别为1190MHz、1230MHz、1270MHz、1575MHz、1605MHz、2490MHz的6个频段；

6个频段的信号经过放大处理支路的处理后，输出的6路模拟中频信号的参数分别为：

中频信号1：对应输入中心频率1190MHz，本振频率1070MHz，输出中频120MHz，工作带宽70MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括北斗系统B2I、B2a、B2b，GPS系统L5，Galileo系统E5a、E5b；

中频信号2：对应输入中心频率1230MHz，本振频率1110MHz，输出中频120MHz，工作带宽50MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括GPS系统L2P、L2C，GLNASS系统G2C/A；

中频信号3：对应输入中心频率1270MHz，本振频率1150MHz，输出中频120MHz，工作带宽60MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括北斗系统B3I、B3Q、B3C、B3A、B3AE；

中频信号4：对应输入中心频率1575MHz，本振频率1455MHz，输出中频120MHz，工作带宽50MHz，通道增益39dB，覆盖导航频点包括北斗系统B1I、B1C、B1A，GPS系统L1C/A、L1C，Galileo系统E1；

中频信号5：对应输入中心频率1605MHz，本振频率1485MHz，输出中频120MHz，工作带宽35MHz，通道增益45dB，覆盖导航频点包括GLONASS系统G1C/A；

中频信号6：对应输入中心频率2490MHz，本振频率2370MHz，输出中频120MHz，工作带宽35MHz，通道增益50dB，覆盖导航频点包括北斗系统Bs。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1)本发明充分利用了多系统导航频段的复用性特征及处理算法相似性及差异化特征，完成导航信号处理架构的合理化分割，提升多频点情况下的信道变频资源及基带数据采集资源以频段为基础的复用性，大幅减少设备软、硬件处理资源浪费。

2)本发明采用集中式处理的设计，充分考虑了现有主流导航系统频段覆盖情况，通过信道及采样设计的合理策划，形成对导航系统及导航频点的全面化兼容能力；且该平台可以设置多个导航信号基带处理资源，从而能够形成对不同频点、调制体制及业务类型信号的最大化兼容与处理规模扩展能力。

总之，本发明平台可同时兼容包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo在内的四大主流卫星导航系统，能够解决现有导航信号监测接收机类产品存在的信号处理多样性、信号体制兼容性、设备配置灵活性及扩展性等方面较差的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中集中分布式多系统导航信号处理平台的一种原理框图。

图2为图1中一体化导航信号下变频器的原理框图。

图3为图1中信号采集与综合处理主板的原理框图。

图4为图1中导航信号基带处理板的原理框图。

图5为本发明实施例中导航信号采集与分配过程的原理示意图。

图6为本发明实施例中导航信号基带处理的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种集中分布式多系统导航信号处理平台，其包括1个一体化导航信号下变频器、1个信号采集与综合处理主板、6个基带信号处理板、1个高速传输背板和1个电源模块。

如图2所示，所述一体化导航信号下变频器包括功分、射频放大、滤波、下变频、中频放大、AGC放大、频率综合、电源处理等电路，其中用于功分、射频放大、滤波、下变频、中频放大、AGC放大电路实现射频信号的下变频放大功能，频率综合电路用于形成本振频率，电源处理电路用于为各通道有源器件提供工作电压，变频器输入端采用一路宽带输入信号方式，根据导航系统信号特点，采用基于四系统频段整合策略的复用式频率分配方法，将输入信号分为6路不同频段的信号，分别进行滤波、放大、变频等处理，输出6路模拟中频信号，实现对北斗、GPS、GLONASS、Galileo四系统现行导航频点的全面覆盖；变频器设计过程中，采用一次变频、低本振方案，变频器所有接口均采用SMA-K插座；变频器6路中频信号输出信号对应频率设计如下：

中频输出1：对应输入中心频率1190MHz，本振频率1070MHz，输出中频120MHz，工作带宽70MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括北斗系统B2I、B2a、B2b，GPS系统L5，Galileo系统E5a、E5b；

中频输出2：对应输入中心频率1230MHz，本振频率1110MHz，输出中频120MHz，工作带宽50MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括GPS系统L2P、L2C，GLNASS系统G2C/A；

中频输出3：对应输入中心频率1270MHz，本振频率1150MHz，输出中频120MHz，工作带宽60MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括北斗系统B3I、B3Q、B3C、B3A、B3AE；

中频输出4：对应输入中心频率1575MHz，本振频率1455MHz，输出中频120MHz，工作带宽50MHz，通道增益39dB，覆盖导航频点包括北斗系统B1I、B1C、B1A，GPS系统L1C/A、L1C，Galileo系统E1；

中频输出5：对应输入中心频率1605MHz，本振频率1485MHz，输出中频120MHz，工作带宽35MHz，通道增益45dB，覆盖导航频点包括GLONASS系统G1C/A；

中频输出6：对应输入中心频率2490MHz，本振频率2370MHz，输出中频120MHz，工作带宽35MHz，通道增益50dB，覆盖导航频点包括北斗系统Bs。

如图3所示，所述信号采集与综合处理主板包括三个ADC芯片、第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、第一DSP芯片、第二DSP芯片、时钟分配电路、板间高速数据传输接口及供电接口等部分。

其中各ADC芯片选型为AD9643BCPZ-250，各芯片支持两路模拟中频信号输入及采样，三个ADC芯片可完成对一体化导航信号下变频器输出的6路中频信号的数字化中频采样处理。

第一FPGA芯片选型为XC7K410T，通过嵌入式程序开发的方式，实现如下模块：

ADC芯片采样控制模块：用于完成ADC芯片工作参数配置、采样过程管理及采样后中频数据接收；

干扰检测与抑制模块：用于完成四系统各频点中频导航信号干扰检测与抑制处理；

接口控制模块：用于完成与第二FPGA、第一DSP之间及主板对外数据传输接口通道构建与数据收发控制，传输内容中包括交互指令，各频数字中频信号以及各基带信号处理板的工作时钟。

第二FPGA芯片选型为XC7K325T，通过嵌入式程序开发的方式，实现接口控制模块，用于完成与第一FPGA、第二DSP之间及主板对外数据传输接口通道构建与数据收发控制，传输内容中包括交互指令和各类业务及监控数据。

第一DSP芯片选型为TMS320C6655，通过嵌入式程序开发的方式，实现如下模块：

定位与时间管理模块：用于完成四系统各频点定位解算、钟差解算与本地时间管理；

接口控制模块：用于完成与第一FPGA之间的数据收发控制；

第二DSP芯片选型为TMS320C6655，通过嵌入式程序开发的方式，实现接口控制模块，用于完成与第二FPGA之间及主板对外数据收发控制；

时钟分配电路主要芯片选型为AD9522，完成外部时钟输入接收及板内各主要芯片的工作时钟分配功能。

板间高速数据传输接口选型为ERNI 454530，完成板间数据传输物理通道构建。

供电接口选型为ERNI 114403，完成主板各模块供电输入。

信号采集与综合处理主板中两个FPGA芯片均通过GTX接口完成相互间及板间数据通信，通过SRIO接口和EMIF完成与各DSP之间的数据通信，整个板卡由第二DSP通过千兆网接口完成与上层用户的数据交互。

如图4所示，所述基带信号处理板包括FPGA芯片、DSP芯片、时钟分配电路、板间高速数据传输接口及供电接口等部分。

FPGA芯片选型为XC7K325T，通过嵌入式程序开发的方式，实现如下模块：

导航信号通道处理模块：完成各板卡对应频点导航信号正交解调与相关通道设计，输出通道积分信息；

接口控制模块：用于完成与DSP之间及信号处理板对外数据传输接口通道构建与数据收发控制，传输内容中包括交互指令和导航业务信息等。

DSP芯片选型为TMS320C6747，通过嵌入式程序开发的方式，实现如下模块：

导航信号基带处理模块：用于完成各板卡对应导航信号通道参数控制，实现信号捕获、跟踪、解调，输出伪距、载波相位、多普勒、载噪比、导航电文等信息；

接口控制模块：用于完成与FPGA之间的数据收发控制。

时钟分配电路主要芯片选型为AD9522，完成外部时钟输入接收及板内各主要芯片的工作时钟分配功能。

板间高速数据传输接口选型为ERNI 454530，完成板间数据传输物理通道构建。

供电接口选型为ERNI 114403，完成板卡各模块供电输入。

所述高速传输背板包括与信号采集与综合处理主板及基带信号处理板数据传输接口、供电接口对应数目的ERNI 464514数据传输接口插座和ERNI 114404供电接口插座，用于完成信号采集与综合处理主板和各基带信号处理板之间的物理互联、数据传输以及供电分配，另外，高速传输背板包括1个5557S-2×04P-4.2电源输入插座，完成来自电源模块的各板卡工作用电输入。

所述电源模块为输入交流220V、输出直流+12V的定制开关电源模块，用于完成平台内部各模块工作供电。

平台中各模块连接关系如下：

一体化导航信号下变频器射频输入端口为整个平台业务信号输入端，一体化导航信号下变频器各中频输出端口通过同轴线缆与信号采集与综合处理主板连接，信号采集与综合处理主板、基带信号处理板通过数据传输与供电接口接插件与高速传输背板进行连接与装配集成，外部交流电通过电源线与电源模块连接，电源模块输出端口通过电源线完成与一体化导航信号下变频器与高速传输背板的连接，外部输入时钟信号通过同轴线与一体化导航信号下变频器和信号采集与综合处理主板连接。

导航信号监测接收详细处理流程设计如下：

（1）导航信号频分滤波与下变频处理

一体化导航信号下变频器将来自外部天线的导航信号放大功分为6路信号，并依据北斗、GPS、GLONASS和Galileo系统导航信号频段划分对6路信号分别进行频分滤波处理，此处根据多系统导航信号频率分配特点对信号进行频段复用式整合设计，整合结果为：将6路信号依次滤波得到中心频率为2490MHz、1605MHz、1575MHz、1270MHz、1230MHz和1190MHz的模拟射频信号，然后通过模拟下变频的方式将6路信号变为中心频点为120MHz的模拟中频信号，并输入至信号采集与综合处理主板。

（2）一体化信号采集与分配处理

一体化信号采集与分配处理过程主要由信号采集与综合处理主板实现，该板卡可支撑6路模拟中频信号输入。

信号采集与分配具体流程如图5所示：信号采集与综合处理主板通过A/D数模转换芯片对来自一体化导航信号下变频器的模拟中频信号进行统一数字采样处理，得到相应频段的数字中频信号，并在此基础上通过集中处理方式对各个完成数字采样的待处理频段信号中的窄带或脉冲干扰进行检测和抑制，为减小频域干扰抑制过程中的频谱泄露效应，该技术采用基于加窗处理的频域变换方式，首先在时域将离散信号进行加权平滑处理，接下来通过FFT变换的方式将信号转换为频域信号，并通过设置干扰门限的方式对干扰信号进行检测与频谱处理，再通过IFFT变换的方式将信号转变为时域信号。并按照既定的各频点基带处理分配策略，将该信号通过GTX高速传输接口经由高速传输背板输出至后面的基带信号处理板。

（3）导航信号基带处理

导航信号基带处理采用分布式处理方式，由各个导航信号基带信号处理板完成，与传统分布式设计不同，本发明中导航信号基带处理板采用依托板间高速互联技术实现数字中频信号获取的无AD芯片的FPGA＋DSP基本设计架构。

导航信号基带处理流程如图6所示：作为分布式处理设计，基带信号处理过程采用针对不同信号体制的差异化设计方法，其中主要手段为采用基于信号体制特征参数配置的基带处理通道设计技术，实现多体制导航信号通用化接收设计，整个接收处理通道能够配置的参数主要有伪码选择参数、相关间距、码环参数、载波环参数、伪码参数、副载波参数、射频参数、中频参数等，通过根据不同信号体制完成各自差异化参数配置及输入，实现对不同系统、不同体制导航信号的全面化兼容设计。

具体处理过程为：捕获过程中，利用伪随机扩频码良好的相关特性，通过将本地产生的扩频码和载波与接收信号进行混频和相关运算，得到信号的最大解扩增益，从而获得接收导航信号中的码相位、载波频率等信息，并将该信息根据伪码与卫星编号对应情况传输至各个卫星的跟踪通道，跟踪通道采取负反馈环路的方式，设计载波跟踪环路和码跟踪环路，其中载波跟踪环路运用本地载波锁相的方式实现载波相位测量值的输出，并将载波信号从基带信号中剥离；码跟踪环路则用本地复制的扩频码锁相的方式锁定导航信号中扩频码的码相位值，使环路相关器可以获得最大的解扩增益，实现伪距测量值的输出，并通过载波相位平滑伪距的方式获得更高的测距精度，最后根据对齐支路相关值完成各导航信号中电文信息的解调。并将各类业务信息通过高速传输背板传回至信号采集与综合处理主板。

（4）定位授时处理与监测结果输出

信号采集与综合处理主板以各频点可见卫星的伪距测量信息和导航电文信息为基础，通过观测误差修正、RAIM处理和定位解算等流程，完成定位结果输出并完成本地钟面校时。同时，主板通过对各类业务数据完成打包，通过既定协议完成业务数据上报。

本说明书中未作详细未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

总之，本发明平台可同时兼容包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo在内的四大主流卫星导航系统，具有硬件资源复用率高、整体扩展性强的特点。

该平台充分利用了多系统导航频段的复用性特征及处理算法相似性与差异化特征，采取基于四系统频段整合策略的复用式频率分配策略完成导航信号变频处理，并以此为依托完成导航信号一体化采集与分配，通过信号采集与综合处理主板及格基带信号处理板之间的GTX高速传输接口设计完成数字中频信号的实时分配，进而采取针对不同信号体制差异化的信号体制特征参数配置法完成四系统各频点信号的基带处理及业务信息输出。

该平台提升了多频点情况下信道变频资源及基带数据采集资源的复用性，为当前定制类导航信号监测接收机产品的信号兼容性和扩展性提供切实可行方案。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种集中分布式多系统导航信号处理平台，其特征在于：包括1个一体化导航信号下变频器、1个信号采集与综合处理主板、6个基带信号处理板、1个高速传输背板和1个电源模块；

所述一体化导航信号下变频器包括射频输入端口、功分电路、6个放大处理支路、频率综合电路和电源处理电路，其中，功分电路用于接收由射频输入端口输入的一路宽带输入信号，并采用基于四系统频段整合策略的复用式频率分配方法，将输入信号分为6路不同频段的信号并一一传给6个放大处理支路，各放大处理支路均对输入信号进行射频放大、滤波、下变频、中频放大和AGC放大，然后通过中频输出端口输出模拟中频信号，该6路模拟中频信号实现对北斗、GPS、GLONASS、Galileo四系统现行导航频点的全面覆盖，所述频率综合电路用于形成本振频率，所述电源处理电路用于为各通道有源器件提供工作电压；

所述信号采集与综合处理主板包括三个ADC芯片、第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、第一DSP芯片、第二DSP芯片、第一时钟分配电路、第一板间高速数据传输接口以及第一供电接口；

其中，所述ADC芯片均支持两路模拟中频信号输入及采样，三个ADC芯片用于实现对一体化导航信号下变频器输出的6路模拟中频信号的数字化中频采样处理；

第一FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

ADC芯片采样控制模块，用于完成ADC芯片工作参数配置、采样过程管理及采样后中频数据接收；

干扰检测与抑制模块，用于完成四系统各频点中频导航信号的干扰检测与抑制处理；

第一接口控制模块，用于完成与第二FPGA、第一DSP以及第一板间高速数据传输接口之间的通道构建与数据收发控制，第一接口控制模块的传输内容中包括交互指令、各频点数字中频导航信号以及各基带信号处理板的工作时钟；

第二FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式实现第二接口控制模块，所述第二接口控制模块用于完成与第一FPGA芯片、第二DSP芯片以及第一板间高速数据传输接口之间的通道构建与数据收发控制，第二接口控制模块的传输内容中包括交互指令和业务及监控数据；

第一DSP芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

定位与时间管理模块：用于完成四系统各频点定位解算、钟差解算与本地时间管理；

第三接口控制模块：用于完成与第一FPGA芯片之间的数据收发控制；

第二DSP芯片通过嵌入式程序开发的方式实现第四接口控制模块，所述第四接口控制模块用于完成与第二FPGA以及第一板间高速数据传输接口之间的收发控制，以及通过网口的对外数据交互；

第一时钟分配电路用于完成外部时钟输入接收及板内芯片的工作时钟分配功能；

第一供电接口用于提供供电输入；

所述第一FPGA芯片与第二FPGA芯片之间以及第一FPGA芯片、第二FPGA芯片与信号采集与综合处理主板之间均通过GTX接口实现数据通信，所述第一FPGA芯片和第二FPGA芯片通过SRIO接口和EMIF接口实现与第一、第二DSP芯片之间的数据通信，所述信号采集与综合处理主板通过与第二DSP芯片连接的网口实现与上层用户的数据交互；

所述基带信号处理板包括第三FPGA芯片、第三DSP芯片、第二时钟分配电路、第二板间高速数据传输接口以及第二供电接口；

第三FPGA芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

导航信号通道处理模块，用于完成所在基带信号处理板对应频点导航信号的正交解调与相关通道设计，输出通道积分信息；

第五接口控制模块，用于完成与第三DSP芯片、第二板间高速数据传输接口之间的通道构建与数据收发控制，第五接口控制模块的传输内容中包括交互指令和导航业务信息；

第三DSP芯片通过嵌入式程序开发的方式实现如下模块：

导航信号基带处理模块，用于完成所在基带信号处理板对应导航信号的通道参数控制，实现信号捕获、跟踪、解调，并输出伪距、载波相位、多普勒、载噪比和导航电文；

第六接口控制模块，用于完成与第三FPGA芯片之间的数据收发控制；

第二时钟分配电路用于完成外部时钟输入接收及板内芯片的工作时钟分配功能；

第二供电接口用于提供供电输入；

所述高速传输背板包括数据传输接口、ERNI 464514数据传输接口插座和ERNI 114404供电接口插座，用于实现与信号采集与综合处理主板和各基带信号处理板之间的物理互联、数据传输以及供电分配，所述高速传输背板还包括电源输入插座，所述电源模块分别与一体化导航信号下变频器的电源处理电路以及高速传输背板的电源输入插座连接，从而为一体化导航信号下变频器、信号采集与综合处理主板和基带信号处理板供电；

外部输入的导航信号通过射频输入端口输入给一体化导航信号下变频器，通过功分电路分为6路信号，每路信号分别传给一个放大处理支路，6个放大处理支路根据频段划分策略对各自支路内的导航信号进行射频放大、滤波、下变频、中频放大和AGC放大，最终输出6路覆盖北斗、GPS、GLONASS、Galileo四系统全部现行导航频点的模拟中频信号；

6路模拟中频信号通过信号采集与综合处理主板的ADC芯片进行数字化中频采样处理，采样获得的数字信号传给第一FPGA芯片的干扰检测与抑制模块，干扰检测与抑制模块对输入信号进行干扰检测与抑制处理，然后通过第一接口控制模块由GTX接口输送至第一板间高速数传接口，并由第一板间高速数传接口输出至该频段信号所对应的基带信号处理板；

所述基带信号处理板在第五接口控制模块的控制，将输入信号由GTX接口传输给第三FPGA，并在第三FPGA中通过导航信号通道处理模块完成I、Q正交解调和通道相关处理，并将通道积分结果通过第五接口控制模块由EMIF接口传输至第三DSP芯片，第三DSP芯片中的导航信号基带处理模块根据通道积分结果完成码环控制、载波环控制、伪距测量、载波相位测量、多普勒和载噪比获取及电文解调，并将处理生成的观测数据、测量信息和导航电文信息经第三FPGA芯片构建的数据传输链路，通过第五接口控制模块由GTX接口传回至信号采集与综合处理主板；

信号采集与综合处理主板通过GTX接口将回传的观测数据、测量信息和导航电文信息传输至第一FPGA芯片和第二FPGA芯片；

第一FPGA芯片通过第一接口控制模块经EMIF接口将回传信息传输至第一DSP芯片，并由第一DSP芯片的定位与时间管理模块根据观测数据和导航电文完成定位解算，再由第一接口控制模块将定位解算与时间管理信息经由EMIF接口和GTX接口传送至第二FPGA芯片；第二FPGA芯片通过第二接口控制模块将定位解算与时间管理信息通过SRIO接口输送至第二DSP芯片，并由第二DSP芯片通过第四接口控制模块经由网口实现最终输出。

2.根据权利要求1所述的一种集中分布式多系统导航信号处理平台，其特征在于：所述基于四系统频段整合策略的复用式频率分配方法的具体方式为：

将输入导航信号通过功分及频分滤波，划分为对应中心频率分别为1190MHz、1230MHz、1270MHz、1575MHz、1605MHz、2490MHz的6个频段；

6个频段的信号经过放大处理支路的处理后，输出的6路模拟中频信号的参数分别为：

中频信号1：对应输入中心频率1190MHz，本振频率1070MHz，输出中频120MHz，工作带宽70MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括北斗系统B2I、B2a、B2b，GPS系统L5，Galileo系统E5a、E5b；

中频信号2：对应输入中心频率1230MHz，本振频率1110MHz，输出中频120MHz，工作带宽50MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括GPS系统L2P、L2C，GLNASS系统G2C/A；

中频信号3：对应输入中心频率1270MHz，本振频率1150MHz，输出中频120MHz，工作带宽60MHz，通道增益35dB，覆盖导航频点包括北斗系统B3I、B3Q、B3C、B3A、B3AE；

中频信号4：对应输入中心频率1575MHz，本振频率1455MHz，输出中频120MHz，工作带宽50MHz，通道增益39dB，覆盖导航频点包括北斗系统B1I、B1C、B1A，GPS系统L1C/A、L1C，Galileo系统E1；

中频信号5：对应输入中心频率1605MHz，本振频率1485MHz，输出中频120MHz，工作带宽35MHz，通道增益45dB，覆盖导航频点包括GLONASS系统G1C/A；

中频信号6：对应输入中心频率2490MHz，本振频率2370MHz，输出中频120MHz，工作带宽35MHz，通道增益50dB，覆盖导航频点包括北斗系统Bs。