CN110927747A - 一种基于基带信号处理的双射频接收机及基带设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于基带信号处理的双射频接收机，包括第一天线、第二天线、第一射频模块、第二射频模块、基带处理器和微处理器，所述第一天线与第一射频模块的输入端口电性连接，所述第二天线与第二射频模块的输入端口电性连接，所述第一射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述第二射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述基带处理器的输出端口与微处理器的输入端口电性连接。本发明还公开了一种基于基带信号处理的双射频基带设计方法。本发明节约了基带处理器所需的通道数，硬件资源节省一半，从而降低了接收机成本，运行于微处理器的导航定位软件处理的通道数降低一半，降低了设计实时性要求，软件可扩展性更强。
Description
技术领域
本发明属于导航技术领域，具体涉及一种基于基带信号处理的双射频接收机及基带设计方法。
背景技术
全球卫星导航系统发展日新月异，定位导航应用渗透到人类社会生活的方方面面。常规的卫星导航接收机，一般应包括一个天线，一个射频模块，一个基带处理器，一个微处理器。有些特殊应用场合，比如空中旋转的载体，给这种载体实现卫星导航定位功能就需要安装两个甚至多个天线，具体到实际的设计方式，以双天线为例，可以安装两套独立的接收机，也可以一套接收机处理两套天线的信号，两套独立接收机的方式最为笨拙，其体积、成本、功耗等各方面指标都劣于单套接收机设计模式。
地面导航接收机一般在同一时刻能够观测到的导航卫星数最多12颗，因此一般按照12通道来设计。以每射频12个通道设计，则双射频接收机就需要24个通道。通道数越多，所需硬件资源就越多，成本也就高了许多。由于双天线安装的位置不同，有的卫星在一路天线上可见，有的卫星在另一路天线上可见，运行在微处理器上的导航软件分别搜索双路基带相关通道并自动选择信号最佳的那一个通道进行跟踪处理和定位解算。这种设计模式下，需要同时处理24个通道的信号，对软件的实时响应性也要求较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于基带信号处理的双射频接收机及基带设计方法，约了基带处理器所需的通道数，硬件资源节省一半，从而降低了接收机成本，运行于微处理器的导航定位软件处理的通道数降低一半，降低了设计实时性要求，软件可扩展性更强，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于基带信号处理的双射频接收机，包括第一天线、第二天线、第一射频模块、第二射频模块、基带处理器和微处理器，所述第一天线与第一射频模块的输入端口电性连接，所述第二天线与第二射频模块的输入端口电性连接，所述第一射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述第二射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述基带处理器的输出端口与微处理器的输入端口电性连接，所述第一天线和第二天线负责接收卫星信号，所述第一射频模块和第二射频模块负责把卫星信号转变为数字中频信号，所述基带处理器用于对数字中频信号进行载波剥离、伪码剥离和相关积分处理，然后输出跟踪卫星信号的伪距、载波相位以及解调出来的导航电文，所述微处理器用来运行导航软件，所述导航软件用来读取基带处理器的数据并对基带处理器进行工作状态配置。
优选的，所述第一射频模块和第二射频模块包括射频芯片和基准振荡器，所述射频芯片包括前置放大器、下变频器、A/D转换器和频率合成器，所述前置放大器对接收的卫星信号进行滤波放大，所述下变频器对滤波放大后的信号进行下变频，然后经A/D转换器进行数模转换得到数字中频信号，所述基准振荡器为频率合成器提供时钟信号，所述频率合成器为下变频器提供频率信号。
优选的，所述数字中频信号包括四根信号线，且四根信号线分别为：I0，I1，Q0，Q1。
优选的，所述基带处理器采用可编程逻辑阵列实现，所述基带处理器的所有功能都是通过逻辑门电路设计实现，所述逻辑门电路是与门、或门和非门电路，在数字电路中，逻辑门电路就是实现基本逻辑关系的电路，逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立原件构成，成为分立元件门，也可以将门电路的所有器件及连接导线制作在同一块半导体基片上，构成集成逻辑门电路。
优选的，所述微处理器的种类有很多，可以为ARM，DSP，MCU中的任意一种。
优选的，所述导航软件的工作流程为首先设定为接通第一射频模块，并进行卫星信号捕获，得到所有卫星的信号强度参数，然后设定为接通第二射频模块，并进行卫星信号捕获，得到所有卫星的信号强度参数，接着比较两组信号强度参数，选择最强的那路射频模块，接通至通道，进行通道配置和信号跟踪，最后满足四颗或以上卫星进入跟踪状态以后，收齐卫星导航电文，进入导航定位解算状态。
优选的，所述定位解算状态利用基带信号处理模块测量的伪距和载波相位，结合导航电文，采用单点定位方法解算出用户的位置和速度。
本发明还提供了一种基于基带信号处理的双射频基带设计方法，包括以下步骤：
S1.将第一天线、第二天线分别接驳到接收机的第一射频模块、第二射频模块输入端口；
S2.第一射频模块、第二射频模块分别把两路卫星信号进行下变频处理并通过ADC变成数字中频信号；
S3.将第一射频模块、第二射频模块的数字中频信号接入基带处理器；
S4.基带处理器通过可控双路开关把双路数字中频信号分别接入每一个通道；
S5.微处理器依次对每路信号执行卫星信号快速捕获操作，然后对两路信号进行比较，选择信号最佳的一路信号，设置好可控双路开关状态，集成在基带处理器逻辑里面的双路可控开关逻辑电路在微处理器端表征为一系列状态控制寄存器，微处理导航软件通过对寄存器进行写操作实现开关的切换，从而实现对双射频的选择切换；
S6.微处理器根据捕获结果，设置通道工作参数，包括：卫星号、卫星载波频率、码相位等，然后进入信号跟踪状态，并执行导航定位解算等任务。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种基于基带信号处理的双射频接收机及基带设计方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明节约了基带处理器所需的通道数，硬件资源节省一半，从而降低了接收机成本。
2、本发明运行于微处理器的导航定位软件处理的通道数降低一半，降低了设计实时性要求，软件可扩展性更强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的第一射频模块和第二射频模块与基带处理器的连接关系图；
图3为本发明中的通道的连接关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-3所示的一种基于基带信号处理的双射频接收机，包括第一天线、第二天线、第一射频模块、第二射频模块、基带处理器和微处理器，所述第一天线与第一射频模块的输入端口电性连接，所述第二天线与第二射频模块的输入端口电性连接，所述第一射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述第二射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述基带处理器的输出端口与微处理器的输入端口电性连接，所述第一天线和第二天线负责接收卫星信号，所述第一射频模块和第二射频模块负责把卫星信号转变为数字中频信号，所述基带处理器用于对数字中频信号进行载波剥离、伪码剥离和相关积分处理，然后输出跟踪卫星信号的伪距、载波相位以及解调出来的导航电文，所述微处理器用来运行导航软件，所述导航软件用来读取基带处理器的数据并对基带处理器进行工作状态配置。
具体的，所述第一射频模块和第二射频模块包括射频芯片和基准振荡器，所述射频芯片包括前置放大器、下变频器、A/D转换器和频率合成器，所述前置放大器对接收的卫星信号进行滤波放大，所述下变频器对滤波放大后的信号进行下变频，然后经A/D转换器进行数模转换得到数字中频信号，所述基准振荡器为频率合成器提供时钟信号，所述频率合成器为下变频器提供频率信号。
具体的，数字中频信号包括四根信号线，且四根信号线分别为：I0，I1，Q0，Q1。
具体的，所述基带处理器采用可编程逻辑阵列实现，所述基带处理器的所有功能都是通过逻辑门电路设计实现，所述逻辑门电路是与门、或门和非门电路，在数字电路中，逻辑门电路就是实现基本逻辑关系的电路，逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立原件构成，成为分立元件门，也可以将门电路的所有器件及连接导线制作在同一块半导体基片上，构成集成逻辑门电路。
具体的，所述微处理器的种类有很多，可以为ARM，DSP，MCU中的任意一种。
具体的，所述导航软件的工作流程为首先设定为接通第一射频模块，并进行卫星信号捕获，得到所有卫星的信号强度参数，然后设定为接通第二射频模块，并进行卫星信号捕获，得到所有卫星的信号强度参数，接着比较两组信号强度参数，选择最强的那路射频模块，接通至通道，进行通道配置和信号跟踪，最后满足四颗或以上卫星进入跟踪状态以后，收齐卫星导航电文，进入导航定位解算状态。
具体的，所述定位解算状态利用基带信号处理模块测量的伪距和载波相位，结合导航电文，采用单点定位方法解算出用户的位置和速度。
本发明还提供了一种基于基带信号处理的双射频基带设计方法，包括以下步骤：
S1.将第一天线、第二天线分别接驳到接收机的第一射频模块、第二射频模块输入端口；
S2.第一射频模块、第二射频模块分别把两路卫星信号进行下变频处理并通过ADC(模数转换)变成数字中频信号；
S3.将第一射频模块、第二射频模块的数字中频信号接入基带处理器；
S4.基带处理器通过可控双路开关把双路数字中频信号分别接入每一个通道；
S5.微处理器依次对每路信号执行卫星信号快速捕获操作，然后对两路信号进行比较，选择信号最佳的一路信号，设置好可控双路开关状态，集成在基带处理器逻辑里面的双路可控开关逻辑电路在微处理器端表征为一系列状态控制寄存器，微处理导航软件通过对寄存器进行写操作实现开关的切换，从而实现对双射频的选择切换；
S6.微处理器根据捕获结果，设置通道工作参数，包括：卫星号、卫星载波频率、码相位等，然后进入信号跟踪状态，并执行导航定位解算等任务。
图3中所示的通道的连接关系图中为了简洁起见，数字中频信号简化为一根信号线：IQ，微处理器通过写入基带处理器的控制寄存器来控制12个可控双路开关的状态：写入0表示选通第一射频模块，写入1表示选通第二射频模块，另外注意这里每个可控双路开关都是单独控制的。
结构原理：本发明节约了基带处理器所需的通道数，硬件资源节省一半，从而降低了接收机成本，运行于微处理器的导航定位软件处理的通道数降低一半，降低了设计实时性要求，软件可扩展性更强。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于基带信号处理的双射频接收机，包括第一天线、第二天线、第一射频模块、第二射频模块、基带处理器和微处理器，其特征在于：所述第一天线与第一射频模块的输入端口电性连接，所述第二天线与第二射频模块的输入端口电性连接，所述第一射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述第二射频模块的输出端口与基带处理器的输入端口电性连接，所述基带处理器的输出端口与微处理器的输入端口电性连接，所述第一天线和第二天线负责接收卫星信号，所述第一射频模块和第二射频模块负责把卫星信号转变为数字中频信号，所述基带处理器用于对数字中频信号进行载波剥离、伪码剥离和相关积分处理，然后输出跟踪卫星信号的伪距、载波相位以及解调出来的导航电文，所述微处理器用来运行导航软件，所述导航软件用来读取基带处理器的数据并对基带处理器进行工作状态配置。
2.根据权利要求1所述的一种基于基带信号处理的双射频接收机，其特征在于：所述第一射频模块和第二射频模块包括射频芯片和基准振荡器，所述射频芯片包括前置放大器、下变频器、A/D转换器和频率合成器，所述前置放大器对接收的卫星信号进行滤波放大，所述下变频器对滤波放大后的信号进行下变频，然后经A/D转换器进行数模转换得到数字中频信号，所述基准振荡器为频率合成器提供时钟信号，所述频率合成器为下变频器提供频率信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于基带信号处理的双射频接收机，其特征在于：所述数字中频信号包括四根信号线，且四根信号线分别为：I0，I1，Q0，Q1。
4.根据权利要求1所述的一种基于基带信号处理的双射频接收机，其特征在于：所述基带处理器采用可编程逻辑阵列实现，所述基带处理器的所有功能都是通过逻辑门电路设计实现，所述逻辑门电路是与门、或门和非门电路，在数字电路中，逻辑门电路就是实现基本逻辑关系的电路，逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立原件构成，成为分立元件门，也可以将门电路的所有器件及连接导线制作在同一块半导体基片上，构成集成逻辑门电路。
5.根据权利要求4所述的一种基于基带信号处理的双射频接收机，其特征在于：所述微处理器的种类有很多，可以为ARM，DSP，MCU中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于基带信号处理的双射频接收机，其特征在于：所述导航软件的工作流程为首先设定为接通第一射频模块，并进行卫星信号捕获，得到所有卫星的信号强度参数，然后设定为接通第二射频模块，并进行卫星信号捕获，得到所有卫星的信号强度参数，接着比较两组信号强度参数，选择最强的那路射频模块，接通至通道，进行通道配置和信号跟踪，最后满足四颗或以上卫星进入跟踪状态以后，收齐卫星导航电文，进入导航定位解算状态。
7.根据权利要求6所述的一种基于基带信号处理的双射频接收机，其特征在于：所述定位解算状态利用基带信号处理模块测量的伪距和载波相位，结合导航电文，采用单点定位方法解算出用户的位置和速度。
8.一种根据权利要求1中任意一项所述的一种基于基带信号处理的双射频基带设计方法，包括以下步骤：
S1.将第一天线、第二天线分别接驳到接收机的第一射频模块、第二射频模块输入端口；
S2.第一射频模块、第二射频模块分别把两路卫星信号进行下变频处理并通过ADC变成数字中频信号；
S3.将第一射频模块、第二射频模块的数字中频信号接入基带处理器；
S4.基带处理器通过可控双路开关把双路数字中频信号分别接入每一个通道；
S5.微处理器依次对每路信号执行卫星信号快速捕获操作，然后对两路信号进行比较，选择信号最佳的一路信号，设置好可控双路开关状态，集成在基带处理器逻辑里面的双路可控开关逻辑电路在微处理器端表征为一系列状态控制寄存器，微处理导航软件通过对寄存器进行写操作实现开关的切换，从而实现对双射频的选择切换；
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