CN109799516B - 一种用于gnss干扰检测定位的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于GNSS干扰检测定位的装置，其改进之处在于：所述的装置包括BD/GPS天线、射频前端模块、AD模块、数字信号处理模块、无线收发模块、无线收发模块天线、高稳晶振模块和为装置供电的电源模块。本发明所公开用于GNSS干扰检测定位的装置，利用改进的GNSS接收机，融合了基于频谱信息的干扰检测识别方法和基于导航信息的干扰检测识别方法，且具备覆盖工作频段的干扰源组网定位功能，极大程度上提升了装置的使用性能。
Description
技术领域
本发明属于电磁干扰研究及无线电导航领域，特别涉及该领域中的一种用于GNSS干扰检测定位的装置。
背景技术
GNSS即全球导航卫星系统，被广泛应用于测量、时间服务、交通、救援、农业、军事、娱乐消遣等领域。目前，我国还没有专用的GNSS干扰检测保障系统，无委的检测设备是通用的无线电频谱检测设备，不是专门针对GNSS干扰的检测设备，不具备对淹没在噪声之中的导航信号的干扰检测能力。并且通用频谱设备不具备对电离层闪烁、太阳射电和卫星信号自身异常等因素的检测识别能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种专门针对GNSS干扰的检测定位装置。
本发明采用如下技术方案：
一种用于GNSS干扰检测定位的装置，其改进之处在于：所述的装置包括BD/GPS天线、射频前端模块、AD模块、数字信号处理模块、无线收发模块、无线收发模块天线、高稳晶振模块和为装置供电的电源模块，其中BD/GPS天线接收到的射频模拟信号输入射频前端模块，射频前端模块输出AGC电平、模拟中频信号和2bitAD信号，数字信号处理模块利用高稳晶振模块产生秒脉冲，AD模块基于该秒脉冲对上述的AGC电平和模拟中频信号进行采样，采样结果及2bitAD信号均输入数字信号处理模块，数字信号处理模块对采样结果打时间戳并进行FFT变换，完成基于频谱信息的干扰检测识别；利用2bitAD信号进行基于导航信息的干扰检测识别，并完成GNSS接收机捕获、跟踪、定位导航；将打好时间戳的采样结果和干扰检测识别结果输出到无线收发模块，再由无线收发模块通过无线收发模块天线发送至处理中心进行干扰源TDOA定位。
进一步的，所述的射频前端模块包括射频信号调整电路、下变频混频电路、中频信号滤波放大电路和2bitAD转换电路，其中射频信号调整电路包括通过带通滤波器与BD/GPS天线相连接的放大器，利用带通滤波器滤除BD B1/GPS L1波段以外的各种噪声和干扰，并通过放大器对信号进行功率放大；下变频混频电路包括乘法器，该乘法器的一个输入端通过带通滤波器与射频信号调整电路的放大器相连接，另一个输入端与本机振荡器相连接，将射频信号调整电路放大器输出的信号与本振信号相乘；中频信号滤波放大电路包括通过带通滤波器与乘法器的输出端相连接的放大器，利用带通滤波器滤除乘法器输出信号中的高频成分，并对滤波后的信号进行放大，输出AGC电平和模拟中频信号；2bitAD转换电路包括与中频信号滤波放大电路放大器输出端相连接的A/D转换器，A/D转换器对放大器输出的模拟中频信号进行2bit量化，并利用量化结果对放大器进行自动增益控制。
进一步的，所述的AD模块包括AGC电平采样电路和模拟中频信号采样电路。
进一步的，数字信号处理模块包括FPGA单元和DSP单元；FPGA单元包括AD控制模块、采样数据打时间戳及打包模块、与DSP通信模块、GNSS接收机捕获模块和GNSS接收机跟踪模块；DSP单元包括与FPGA通信模块、FFT变换模块、GNSS接收机跟踪环路控制模块、GNSS接收机定位导航模块、基于导航信息的干扰检测识别模块、基于频谱信息的干扰检测识别模块和无线收发模块接口。
进一步的，无线收发模块支持4G网络，自带路由可自选WLAN/LAN网口。
进一步的，高稳晶振模块的频率稳定度为5ppb。
进一步的，电源模块的供电电压包括3.3V、2.5V和1.2V。
进一步的，数字信号处理模块还利用定位导航结果产生秒脉冲。
本发明的有益效果是：
本发明所公开用于GNSS干扰检测定位的装置，利用改进的GNSS接收机，融合了基于频谱信息的干扰检测识别方法和基于导航信息的干扰检测识别方法，且具备覆盖工作频段的干扰源组网定位功能，极大程度上提升了装置的使用性能。
本发明所公开用于GNSS干扰检测定位的装置，具备GNSS BD B1/GPS L1导航定位授时功能、具备覆盖工作频段的干扰检测和干扰类型识别功能。针对GNSS BD B1/GPS L1工作频点，相对于通用宽带干扰检测设备具有更低的检测分辨率和更高的检测动态范围、具备高精度导航定位和授时功能，使得干扰源组网定位精度高。装置体积小，重量轻，便于架设和组网。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开装置的组成框图；
图2是本发明实施例1所公开装置中射频前端模块的组成框图；
图3是使用本装置进行TDOA定位的原理图；
图4是本发明实施例1所公开装置中数字信号处理模块的组成框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种用于GNSS干扰检测定位的装置，该装置由BD/GPS天线、射频前端模块、AD模块、数字信号处理模块、高稳晶振模块、无线收发模块、无线收发模块天线及电源模块构成。
射频前端模块的工作原理为：将BD/GPS天线接收到的射频模拟信号离散成包含GPS信号成分的、频率较低的数字中频信号，并在此过程中进行必要的滤波和增益控制。射频前端模块输出AGC电平、模拟中频信号到AD模块，输出2bitAD信号到数字信号处理模块。
如图2所示，射频前端模块由射频信号调整电路、下变频混频电路、中频信号滤波放大电路、2bitAD转换电路四部分组成。射频信号调整电路利用带通滤波器尽可能地滤除BD B1/GPS L1波段以外的各种噪声和干扰，并通过放大器对信号进行功率放大；下变频混频电路将射频信号调整电路输出的射频信号与本振信号相乘；中频信号滤波放大电路首先滤波滤除上级电路相乘产生信号中的高频成分，并对滤波后的信号进行放大，输出AGC电平和模拟中频信号；2bitAD转换电路对上级电路产生的模拟中频信号进行2bit量化，并利用量化结果反馈到上级电路进行自动增益控制。
AD模块的工作原理为：数字信号处理模块中的FPGA单元对AD模块进行控制，以秒脉冲触发对射频前端模块输出的AGC电平和模拟中频信号进行采样，采样数据输出到数字信号处理模块。
AD模块由AGC（自动增益控制）电平采样电路和模拟中频信号采样电路组成。AGC电平采样电路对射频前端模块输出的AGC电平进行采样，模拟中频信号采样电路对射频前端模块输出的模拟中频信号进行采样，采样数据输出到数字信号处理模块。
数字信号处理模块的工作原理为：控制AD模块进行脉冲触发采样，对采集数据打时间戳并进行FFT变换，完成基于频谱信息的干扰检测识别；利用射频前端模块输出的2bitAD信号进行基于导航信息的干扰检测识别，并完成GNSS接收机捕获、跟踪、定位导航；将打好时间戳的数据输出到无线收发模块。
数字信号处理模块由FPGA单元和DSP单元组成。FPGA单元的功能为：①控制AD模块进行脉冲触发采样并对采集数据打时间戳；②利用射频前端模块输出的2bitAD信号完成GNSS接收机捕获和跟踪。DSP单元的功能为：①对采集数据进行FFT变换，完成基于频谱信息的干扰检测识别；②对GNSS接收机跟踪环路进行控制，完成定位导航；③完成基于导航信息的干扰检测识别；④将打好时间戳的数据输出到无线收发模块。
本装置采用高稳晶振模块进行授时，弥补了GNSS受到干扰时授时精度不足的缺陷，在GNSS授时失效的条件下，可在一定时间内维持较高的授时精度，提高TDOA定位的可用性，使用本装置进行TDOA定位的原理如图3所示。
本装置的硬件实施方案如下：BD/GPS天线可以同时接收GPS 北斗的卫星信号，天线增益高且相位中心稳定。射频前端模块采用的芯片需要具备低噪声系数、低功耗和高线性等优点。AD模块采用的芯片需要兼顾装置检测灵敏度、动态范围和传输数据量的要求。数字信号处理模块采用的芯片需要既满足装置对数字信号处理模块的处理需求又性价比高。无线收发模块支持联通、移动、电信4G网络，该模块自带路由功能，可自选WLAN/LAN网口，可用性好、传输速度高。高稳晶振模块的频率稳定度为5ppb。电源模块由芯片搭接外围电路分别输出3.3V、2.5V和1.2V电压。
如图4所示，FPGA单元有AD控制模块、采样数据打时间戳及打包模块、与DSP通信模块、GNSS接收机捕获模块和GNSS接收机跟踪模块共5个模块； DSP单元有与FPGA通信模块、FFT变换模块、GNSS接收机跟踪环路控制模块、GNSS接收机定位导航模块、基于导航信息的干扰检测识别模块、基于频谱信息的干扰检测识别模块和无线收发模块接口共7个模块。
基于频谱信息的干扰检测识别为通用方法，技术较为成熟，但无法检测信号强度在灵敏度以下却对GNSS接收机有影响的弱干扰信号；而基于导航信息的干扰检测识别方法可以利用相干累加值进行弱干扰检测，还可以利用信号功率、信号时延、导航电文等信息进行欺骗干扰检测；本装置利用改进的GNSS导航接收机将以上两种方法融合，可实现对不同强度干扰信号的检测识别和定位。
Claims (7)
1.一种用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：所述的装置包括BD/GPS天线、射频前端模块、AD模块、数字信号处理模块、无线收发模块、无线收发模块天线、高稳晶振模块和为装置供电的电源模块，其中BD/GPS天线接收到的射频模拟信号输入射频前端模块，射频前端模块输出AGC电平、模拟中频信号和2bitAD信号，数字信号处理模块利用高稳晶振模块产生秒脉冲，AD模块基于该秒脉冲对上述的AGC电平和模拟中频信号进行采样，采样结果及2bitAD信号均输入数字信号处理模块，数字信号处理模块对采样结果打时间戳并进行FFT变换，完成基于频谱信息的干扰检测识别；利用2bitAD信号进行基于导航信息的干扰检测识别，并完成GNSS接收机捕获、跟踪、定位导航；将打好时间戳的采样结果和干扰检测识别结果输出到无线收发模块，再由无线收发模块通过无线收发模块天线发送至处理中心进行干扰源TDOA定位；数字信号处理模块包括FPGA单元和DSP单元；FPGA单元包括AD控制模块、采样数据打时间戳及打包模块、与DSP通信模块、GNSS接收机捕获模块和GNSS接收机跟踪模块；DSP单元包括与FPGA通信模块、FFT变换模块、GNSS接收机跟踪环路控制模块、GNSS接收机定位导航模块、基于导航信息的干扰检测识别模块、基于频谱信息的干扰检测识别模块和无线收发模块接口。
2.根据权利要求1所述用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：所述的射频前端模块包括射频信号调整电路、下变频混频电路、中频信号滤波放大电路和2bitAD转换电路，其中射频信号调整电路包括通过带通滤波器与BD/GPS天线相连接的放大器，利用带通滤波器滤除BD B1/GPS L1波段以外的各种噪声和干扰，并通过放大器对信号进行功率放大；下变频混频电路包括乘法器，该乘法器的一个输入端通过带通滤波器与射频信号调整电路的放大器相连接，另一个输入端与本机振荡器相连接，将射频信号调整电路放大器输出的信号与本振信号相乘；中频信号滤波放大电路包括通过带通滤波器与乘法器的输出端相连接的放大器，利用带通滤波器滤除乘法器输出信号中的高频成分，并对滤波后的信号进行放大，输出AGC电平和模拟中频信号；2bitAD转换电路包括与中频信号滤波放大电路放大器输出端相连接的A/D转换器，A/D转换器对放大器输出的模拟中频信号进行2bit量化，并利用量化结果对放大器进行自动增益控制。
3.根据权利要求1所述用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：所述的AD模块包括AGC电平采样电路和模拟中频信号采样电路。
4.根据权利要求1所述用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：无线收发模块支持4G网络，自带路由可自选WLAN/LAN网口。
5.根据权利要求1所述用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：高稳晶振模块的频率稳定度为5ppb。
6.根据权利要求1所述用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：电源模块的供电电压包括3.3V、2.5V和1.2V。
7.根据权利要求1所述用于GNSS干扰检测定位的装置，其特征在于：数字信号处理模块还利用定位导航结果产生秒脉冲。
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