CN112731482A - 一种b3频点电文数据接收回放系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种B3频点电文数据接收回放系统及方法，通过预先采集B3中频数据的方式，无须伪随机序列生成器芯片加密的情况下，即可进行工作，待伪随机序列生成器芯片加注后，可进行回放处理解析，得到当时的原始导航电文信息，供后续对电文数据进行分析处理。本发明提供的B3频点电文数据接收回放系统及方法，极大简化了用户业务流程、丰富了作业手段。对于野外、户外作业，提高了作业效率，具有较大的推广价值以及显著的经济效益。本发明的B3频点电文数据接收回放系统，同时具备B3频点电文接收、解析、存储和回放功能，一方面，采用同一个下变频解析模块进行实时数据处理和回放数据处理，节约成本，另一方面，便于作业，切换方便，数据保存完整。
Description
技术领域
本发明涉及北斗终端技术领域，尤其涉及一种B3频点电文数据接收回放系统及方法。
背景技术
北斗二号卫星导航系统(BD2、Beidou-2)是中国独立开发的全球卫星导航系统。截止2012年底目前已有14颗卫星服务于亚太地区，包括5颗GEO卫星、5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星。其中北斗二号5颗GEO卫星提供短报文通信功能，其他卫星提供导航定位功能。5颗GEO卫星，其中每颗卫星包含2个独立波束信号，即共10个独立波束信号提供短报文通信服务。
北斗三号工程于2009年正式启动建设，北斗三号卫星导航系统空间段由27颗中地球轨道卫星、5颗同步轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星组成，将向全球提供服务。北斗三号已于2020年7月31日，正式向全球提供服务。北斗三号主要提供基本导航服务、短报文通信服务(区域、全球)、星基增强服务、国际搜救服务、精密单点定位服务等主要服务。
在某些实际应用场景中，用户想获取并存储B3频点的Q支路原始导航电文数据，因B3频点Q支路的导航数据获取的前期是，随机序列生成器芯片需加注成功，且加注存在有效时限内。由伪随机序列生成器提供PN码，协助基带捕获、跟踪上B3频点的Q支路信号，然后基带芯片才能解析出调制在Q支路上的原始导航电文数据。
发明内容
为了提升用户作业效率，本发明提供一种B3频点电文数据接收回放系统及方法，在无需伪随机序列生成器芯片加密的情况下，通过先存储模拟中频的方式，等日后再行加注伪随机序列生成器芯片，然后可得到当时的原始导航电文信息。业务流程简化、极大提升的野外、户外作业的效率。
为达到上述目的，本发明提供了一种B3频点电文数据接收回放系统，包括：接收模块，变频解码模块，回放模块以及主控模块；
所述接收模块实时接收北斗B3频点电文数据；
所述主控模块进行采集工作状态和回放工作状态的切换；在采集工作状态下，控制所述变频解码模块对接收的北斗B3频点电文数据进行下变频并解码后发送给所述主控模块，当变频解码模块无法捕获B3频点导航信号，控制所述回放模块对接收的北斗B3频点电文数据进行下变频后存储；接收到回放切换指令时，所述主控模块切换为回放工作状态，控制所述回放模块对北斗B3频点电文数据进行上变频后发送给所述变频解码模块，所述变频解码模块对回放模块传送的电文数据进行变频解码后发送给所述主控模块。
进一步地，所述接收模块包括B3无源天线接收北斗B3频点电文数据，低噪声放大电路对接收北斗B3频点电文数据进行放大。
进一步地，所述回放模块包括第一下变频电路、第一AD转换器、数据逻辑处理器、存储器、上变频电路以及DA转换器；接收的北斗B3频点电文数据经第一下变频电路进行下变频后，由第一AD转换器转换为数字信号发送至数据逻辑处理器，存储到存储器；当接收到控制模块发送的回放指令后，控制所述数据逻辑处理器由存储器中读取数据，经DA转换器转换为模拟信号，经上变频电路上变频后发送至所述变频解码模块。
进一步地，所述数据逻辑处理器采用FPGA，所述存储器采用SDRAM缓存；所述FPGA设置USB3.0高速接口连接至上位机存储；所述FPGA通过串口与所述主控模块交互。
进一步地，所述变频解码模块包括第二下变频电路、第二AD转换器、B3基带芯片以及伪随机噪声生成器芯片；
所述第二下变频电路对所述接收模块或所述回放模块发送的北斗B3频点电文数据进行下变频，由第二AD转换器转换为数字信号发送至B3基带芯片；伪随机噪声生成器芯片产生PN码送入B3基带芯片，B3基带芯片捕获、跟踪、同步B3频点卫星号，同步后B3基带芯片按空中协议解析出每一帧导航电文的原始加密数据发送给主控模块，由主控模块向外部传送。
进一步地，所述变频解码模块还包括电文加解密芯片，对导航电文的原始加密数据解密为明文电文数据后发送给主控模块。
进一步地，还包括电子开关，在所述主控模块的控制下将所述变频解码模块切换为接收所述接收模块或所述回放模块发送的北斗B3频点电文数据。
本发明另一方面提供一种B3频点电文数据接收回放方法，包括：
实时接收北斗B3频点电文数据，通过变频解码模块进行下变频并解码，当无法捕获B3频点导航信号时，切换为接收的北斗B3频点电文数据进行下变频后存储；
当接收到回放指令时，读取存储的北斗B3频点电文数据进行上变频后，由所述变频解码模块进行下变频并解码，获得回放数据。
进一步地，如果发生无法捕获B3频点导航信号，对所述变频解码模块伪随机噪声生成器芯片进行加注，加注有效后利用该伪随机噪声生成器芯片进行回放。
进一步地，伪随机噪声生成器芯片产生PN码送入B3基带芯片，B3基带芯片捕获、跟踪、同步B3频点卫星号，同步后B3基带芯片按空中协议解析出每一帧导航电文的原始加密数据。进一步地，对导航电文的原始加密数据解密为明文电文数据后发送。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明提供的B3频点电文数据接收回放系统及方法，极大简化了用户业务流程、丰富了作业手段。对于野外、户外作业，提高了作业效率，具有较大的推广价值以及显著的经济效益。
(2)本发明通过预先采集B3中频数据的方式，无须伪随机序列生成器芯片加密的情况下，即可进行工作，等日后伪随机序列生成器芯片加注后，可进行回放处理解析，得到当时的原始导航电文信息，供用户进行一步对电文数据进行分析处理，避免了数据丢失。
(3)本发明的B3频点电文数据接收回放系统，同时具备B3频点电文接收、解析、存储和回放功能。传统的方式，要实现以上三种功能，需要采用专门的接收机进行接收、存储设备进行存储、回放设备进行回放，切换不方便。本发明的一体机，结构简单，一方面，采用同一个下变频解析模块进行实时数据处理和回放数据处理，节约成本，另一方面，便于作业，切换方便，数据保存完整。
附图说明
图1是本发明的B3频点电文数据接收回放系统组成框图；
图2是本发明的实时卫星信号和回放信号选择示意图；
图3是本发明的采集中频信号存储示意图；
图4是本发明的回放中频信号示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，一种B3频点电文数据接收回放系统，包括接收模块，变频解码模块，回放模块以及主控模块。
接收模块包括B3无源天线和低噪声放大电路。B3频点无源天线用于接收北斗B3频点的卫星导航信号。然后经低噪声放大电路，进行信号放大。
回放模块包括第一下变频电路、第一AD转换器、数据逻辑处理器、存储器、上变频电路以及DA转换器；接收的北斗B3频点电文数据经第一下变频电路进行下变频后，由第一AD转换器转换为数字信号发送至数据逻辑处理器，存储到存储器；当接收到控制模块发送的回放指令后，控制所述数据逻辑处理器由存储器中读取数据，经DA转换器转换为模拟信号，经上变频电路上变频后发送至所述变频解码模块。数据逻辑处理器采用FPGA，所述存储器采用SDRAM缓存；所述FPGA设置USB3.0高速接口连接至上位机存储；所述FPGA通过串口与所述主控模块交互。
变频解码模块包括第二下变频电路、第二AD转换器、B3基带芯片以及伪随机噪声生成器芯片。第二下变频电路对所述接收模块或所述回放模块发送的北斗B3频点电文数据进行下变频，由第二AD转换器转换为数字信号发送至B3基带芯片；伪随机噪声生成器芯片产生PN码(伪随机序列码)，接入B3基带芯片，B3基带芯片捕获、跟踪、同步B3频点卫星号，同步后，B3基带芯片按空中协议解析出每一帧导航电文原始数据，发送给主控模块，由主控模块向上位机传送。
进一步的，此时的每一帧导航电文原始数据为加密二进制数据，通过B3基带芯片的串口，将此原始加密电文数据传输给单片机，然后单片机将加密电文数据发送给计算机，计算机将加密电文数据进行存储，供日后进一步的分析使用。
进一步的，B3基带芯片得到原始加密电文数据，可发送给电文加解密芯片，由电文加解密芯片进行解密，形成脱密后的明文，此时通过B3基带芯片的串口，将此明文电文数据传输给单片机，然后单片机将明文电文数据发送给计算机，计算机将明文电文数据进行存储，供日后进一步的分析使用。
主控模块进行采集工作状态和回放工作状态的切换；在采集工作状态下，控制所述变频解码模块对接收的北斗B3频点电文数据进行下变频并解码后发送给所述主控模块，当变频解码模块无法捕获B3频点导航信号，控制所述回放模块对接收的北斗B3频点电文数据进行下变频后存储；接收到回放切换指令时，所述主控模块切换为回放工作状态，控制所述回放模块对北斗B3频点电文数据进行上变频后发送给所述变频解码模块，所述变频解码模块对回放模块传送的电文数据进行变频解码后发送给所述主控模块。进一步的，如图2所示，存在两种典型的工作模式，一、实时卫星信号模式，即伪随机噪声生成器芯片加注有效，二、回放模式，即将历史采集的中频信号回放，解析的是存储的历史卫星信息。
进一步的,主控模块采用单片机根据外部计算机的控制指令，控制电子开关将所述变频解码模块切换为接收所述接收模块或所述回放模块发送的北斗B3频点电文数据，通过电子开关，切换导通卫星信号模式，还是导通历史回放模式。
进一步的，通过电子开关，通过低噪声放大电路放大卫星B3频点信号或回放模式的射频信号，然后接入AD采样电路，进行数字采样。这里根据B3频点带宽和灵敏度指标要求，按62MHZ和4BIT，进行数字采样。
进一步的，如图3所示，当伪随机噪声生成器芯片加注无效时，B3基带芯片无法捕获到B3频点导航信号，此时将会切换到B3中频数据采集工作模式。
进一步的，AD转换器按照62MHZ频率，4BIT的采样位，进行采样，每秒的数据为31MBYTE。FPGA逻辑处理器配合SDRAM缓存，通过USB3.0控制器的高速接口，将每秒31M字节的中频数据，搬移到计算机的硬盘上，以便日后信号回放使用。
进一步的，单片机作为控制器，通过串口和FPGA进行配合，控制采集工作的开始和停止指令。
进一步的，如图4所示，待日后伪随机噪声生成器芯片加注有效后，通过信号回放功能，还原当时的B3频点导航原始数据。上位计算机首先通过发送回放指令给单片机，此时单片机将回放控制指令发送给FPGA逻辑控制器，同时单片机还将切换信号输入射频开关，让回放的信号流切入到主机的B3基带芯片流程中。
进一步的，计算机通过USB3.0高速接口，将之前存储的对应时段的中频B3信号数据传输给FPGA逻辑处理器，FPGA逻辑处理器重新进行编码，再发送给DA控制，生成模拟中频信号，然后再通过上变频电路，升频到1268MHZ射频信号，然后再通过低噪声放大电路，放大信号。
进一步的，放大的B3频点回放信号，进入下变频电路，后续流程和之前描述主流程相同，最后B3基带芯片输出原始加密导航电文和明文导航电文信号。
本发明另一方面听一种B3频点电文数据接收回放方法，包括：
实时接收北斗B3频点电文数据，通过变频解码模块进行下变频并解码，当无法捕获B3频点导航信号时，切换为接收的北斗B3频点电文数据进行下变频后存储。
如果发生无法捕获B3频点导航信号，对所述变频解码模块伪随机噪声生成器芯片进行加注，加注有效后利用该伪随机噪声生成器芯片进行回放。
当接收到回放指令时，读取存储的北斗B3频点电文数据进行上变频后，由所述变频解码模块进行下变频并解码，获得回放数据。
解码的过程包括：伪随机噪声生成器芯片产生PN码送入B3基带芯片，B3基带芯片捕获、跟踪、同步B3频点卫星号，同步后B3基带芯片按空中协议解析出每一帧导航电文的原始加密数据。进一步地，对导航电文的原始加密数据解密为明文电文数据后发送。
综上所述，本发明涉及一种B3频点电文数据接收回放系统及方法，通过预先采集B3中频数据的方式，无须伪随机序列生成器芯片加密的情况下，即可进行工作，待伪随机序列生成器芯片加注后，可进行回放处理解析，得到当时的原始导航电文信息，供用户进行一步对电文数据进行分析处理。本发明提供的B3频点电文数据接收回放系统及方法，极大简化了用户业务流程、丰富了作业手段。对于野外、户外作业，提高了作业效率，具有较大的推广价值以及显著的经济效益。本发明的B3频点电文数据接收回放系统，同时具备B3频点电文接收、解析、存储和回放功能，一方面，采用同一个下变频解析模块进行实时数据处理和回放数据处理，节约成本，另一方面，便于作业，切换方便，数据保存完整。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，包括：接收模块，变频解码模块，回放模块以及主控模块；
所述接收模块实时接收北斗B3频点电文数据；
所述主控模块进行采集工作状态和回放工作状态的切换；在采集工作状态下，控制所述变频解码模块对接收的北斗B3频点电文数据进行下变频并解码后发送给所述主控模块，当变频解码模块无法捕获B3频点导航信号，控制所述回放模块对接收的北斗B3频点电文数据进行下变频后存储；接收到回放切换指令时，所述主控模块切换为回放工作状态，控制所述回放模块对北斗B3频点电文数据进行上变频后发送给所述变频解码模块，所述变频解码模块对回放模块传送的电文数据进行变频解码后发送给所述主控模块。
2.根据权利要求1所述的B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，所述接收模块包括B3无源天线接收北斗B3频点电文数据，低噪声放大电路对接收北斗B3频点电文数据进行放大。
3.根据权利要求2所述的B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，所述回放模块包括第一下变频电路、第一AD转换器、数据逻辑处理器、存储器、上变频电路以及DA转换器；接收的北斗B3频点电文数据经第一下变频电路进行下变频后，由第一AD转换器转换为数字信号发送至数据逻辑处理器，存储到存储器；当接收到控制模块发送的回放指令后，控制所述数据逻辑处理器由存储器中读取数据，经DA转换器转换为模拟信号，经上变频电路上变频后发送至所述变频解码模块。
4.根据权利要求5所述的B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，所述数据逻辑处理器采用FPGA，所述存储器采用SDRAM缓存；所述FPGA设置USB3.0高速接口连接至上位机存储；所述FPGA通过串口与所述主控模块交互。
5.根据权利要求2或3所述的B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，所述变频解码模块包括第二下变频电路、第二AD转换器、B3基带芯片以及伪随机噪声生成器芯片；
所述第二下变频电路对所述接收模块或所述回放模块发送的北斗B3频点电文数据进行下变频，由第二AD转换器转换为数字信号发送至B3基带芯片；伪随机噪声生成器芯片产生PN码送入B3基带芯片，B3基带芯片捕获、跟踪、同步B3频点卫星号，同步后B3基带芯片按空中协议解析出每一帧导航电文的原始加密数据发送给主控模块，由主控模块向外部传送。
6.根据权利要求5所述的B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，所述变频解码模块还包括电文加解密芯片，对导航电文的原始加密数据解密为明文电文数据后发送给主控模块。
7.根据权利要求5所述的B3频点电文数据接收回放系统，其特征在于，还包括电子开关，在所述主控模块的控制下将所述变频解码模块切换为接收所述接收模块或所述回放模块发送的北斗B3频点电文数据。
8.一种B3频点电文数据接收回放方法，其特征在于，包括：
实时接收北斗B3频点电文数据，通过变频解码模块进行下变频并解码，当无法捕获B3频点导航信号时，切换为接收的北斗B3频点电文数据进行下变频后存储；
当接收到回放指令时，读取存储的北斗B3频点电文数据进行上变频后，由所述变频解码模块进行下变频并解码，获得回放数据。
9.根据权利要求8所述的B3频点电文数据接收回放方法，其特征在于，如果发生无法捕获B3频点导航信号，对所述变频解码模块伪随机噪声生成器芯片进行加注，加注有效后利用该伪随机噪声生成器芯片进行回放。
10.根据权利要求8或9所述的B3频点电文数据接收回放方法，其特征在于，伪随机噪声生成器芯片产生PN码送入B3基带芯片，B3基带芯片捕获、跟踪、同步B3频点卫星号，同步后B3基带芯片按空中协议解析出每一帧导航电文的原始加密数据。进一步地，对导航电文的原始加密数据解密为明文电文数据后发送。
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| CN117155456B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-05-14 | 北京中捷时代航空科技有限公司 | 阵列信号采集回放方法、系统、电子设备和可读存储介质 |
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| CN112731482B (zh) | 2023-11-14 |
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