CN113484878A - 一种北斗导航信号接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种北斗导航信号接收设备，包括：天线(1)、射频通道模块(2)、信号处理模块(3)、壳体(4)、减振机构(5)以及电路板(6)，所述天线(1)用于接收多个波束的导航卫星信号；所述射频通道模块(2)用于将所述天线接收的每个波束的导航卫星信号转换为中频数字信号输出给所述信号处理模块(3)；所述射频通道模块(2)和所述信号处理模块设置集成在所述电路板(6)上；所述壳体(4)中部设置分离隔板(8)，所述天线(1)设置于所述分离隔板上方，所述电路板设置于所述分离隔板下方；所述天线(1)经由减震机构(5)的环形柱状结构固定在所述中间隔板上。

Description

一种北斗导航信号接收设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种北斗或者北斗与GPS双模式导航信号接收设备。

背景技术

导航卫星信号接收机是一种用于接收导航卫星(如北斗二号卫星)的下行信号，并对相应信号进行解调的设备。其可以通过采集不同方位角的卫星信号进行定位，通过接收导航卫星发送的加密数据进行通信等。导航卫星信号接收机可以提取信号中调制的通信以及出站广播等有关信息，并将该信息输出到外部数据处理系统进行解密处理，提交用户使用的设备。

导航卫星信号接收机由于需要长时间、不间断的使用，其性能的稳定性、使用耐久性等至关重要。但是，现实中，各个设备厂商实际上往往更关注设备出厂时以及测试时的导航定位精度，对设备的稳定性和耐久性则更依赖于其内所集成芯片以及天线自身的耐久情况。而对于用户而言，如何提高导航卫星信号接收机的性能稳定性和耐久性与提高导航定位精度一样，都是至关重要的，尤其对于需要应用到相对恶劣环境中的设备而言，更是如此。

发明内容

针对该问题，本发明提供了一种从外部和内部对北斗导航信号接收机进行双重保护、从硬件到软件进行多重加强，提供了更好地性能稳定性、耐久性和抗震能力的北斗导航信号接收机,当导航信号接收机安装到运动中的载体或平台后，由于平台自身的有规律或者无规律运动，往往导致信号接收机的设备整体发生随动，这种震动/振动(尤其是天线的振动)不仅影响设备使用寿命而且会造成干扰、影响信号接收质量，而当产品安装于列车等具有规律振动的平台时，列车上特定部件的振动频率或者其振动频率的谐波与设备的整体或者部件的共振频率接近时，还会引起共振。

此外，为了更好地进行信号接收，信号接收机往往裸露在平台的外侧，阳光的爆嗮和雨水等的侵蚀也是需要更好地防范，当前的信号接收机往往采用的是单层壳体、天线与电路之间密封连接的方式进行防护，但是这种防护方式还有待进一步加强。

因此，本发明提供了一种北斗导航信号接收设备，其不仅从外部增加了对接收机的防护，而且通过内部设置独特的防振措施，可以有效避免由于外部环境引起的共振等对信号和使用寿命造成严重影响的问题。

一种北斗导航信号接收设备，包括：天线、射频通道模块、北斗信号处理模块、壳体、减振机构以及电路板，

所述天线用于接收多个波束的导航卫星信号，所述导航卫星信号中，至少包含三颗不同方位角的导航卫星的广播信号；

所述射频通道模块用于将所述天线接收的每个波束的导航卫星信号转换为中频数字信号输出给所述北斗信号处理模块；

所述射频通道模块和所述北斗信号处理模块设置集成在所述电路板上；

所述壳体中部设置分离隔板，所述天线设置于所述分离隔板上方，所述电路板设置于所述分离隔板下方；

所述天线经由减震机构的环形柱状结构固定在所述中间隔板上。

优选地，所述环形柱状结构包括：内环表面、外环表面、双侧端面以及三分环形支架，三分环形支架包括主轴、三个纵向隔板以及上下两个环形板，上下两个环形板固定在主轴上，所述纵向隔板能够绕所述主轴以固定间距旋转，任意两个纵向隔板之间设置间隔材料，所述间隔材料具有若干楔形结构，楔形结构的尖端部分的方向上、下交错设置。

优选地，三个纵向隔板之间形成三组间隔材料，三组间隔材料中的至少一组间隔材料的总重量与其他两个间隔材料的总重量不同，其余两组间隔材料的总重量彼此相同。

优选地，还包括遮盖，所述遮盖设置于所述壳体上方，所述遮盖中部隆起，两侧向下倾斜，两侧分别固定在壳体侧部。

优选地，所述遮盖的轴向上方位置设置通风口、下方位置设置排水口，避免在遮盖与壳体之间形成积水。

优选地，所述天线包括双模贴片天线、带通滤波器、两级放大器，贴片天线所接收到的信号经第一级放大器放大，经带通滤波器滤波后输送至第二级放大器，放大后，输出至射频通道模块2。

优选地，所述天线1的带通滤波器、两级放大器均集成安装在电路板上，所述分离隔板上设置穿过隔板的信号传输孔，所述信号传输孔与所述分离隔板之间密封连接，所述贴片天线输出的信号经由信号传输孔传输至所述电路板。

优选地，所述壳体中部设置横向定位槽，横向定位槽内设置橡胶缓冲垫，所述分离隔板(8)通过弹性橡胶垫固定在横向定位槽内。

本发明的导航信号接收机采用三重防护和保障措施，进而保证设备的稳定运行，首先，本发明的导航信号接收机在接收机上方设置遮蔽机构，避免设备穿越沙漠等炎热地区造成设备内部的过热，进而导致设备损伤或失效；其次，本发明在内部设置双层减震机构，通过独特设计的壳体内、中部悬置结构，配合防共振机构，既避免了设备安装平台机械传动对天线以及电路板带来的损伤，又可以避免弹性固定引起的共振问题对设备以及信号质量带来的影响；最后，在优选实现方式中，本发明还集成了北斗和GPS双模式定位和信号处理模块，采用了创新设计的双模式轨迹预测校正定位模块，可以在信号质量相对差的情况下提供更高的定位精度。

本发明的北斗导航信号接收设备可以用于运行环境更加恶劣的场景中，为客户提供更加稳定、高质量的导航定位服务，有效减少振动带来的损伤和信号干扰。

附图说明

图1为本发明的信号接收设备的整体结构示意图；

图2为本发明的柱状减震结构的结构示意图；

图3为本发明的柱状减震结构内的填充体的结构示意图；

图4为本发明的柱状减震结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例的导航卫星信号接收机，包括：天线1、射频通道模块2、北斗信号处理模块3、壳体4、减振机构5以及电路板6。

天线1用于接收多个波束的导航卫星信号，所述导航卫星信号中，至少包含三颗不同方位角的导航卫星的广播信号。

射频通道模块2用于将天线接收的每个波束的导航卫星信号转换为中频数字信号输出给北斗信号处理模块3。

北斗信号处理模块3包括通道数据采集模块和导航定位模块，通道数据采集模块用于对射频通道模块2获得的中频数字信号进行多通道数据的采集、跟踪，得到原始数据。导航定位模块用于基于原始的信号数据进行导航解算。

本实施例中，天线1采用GPS与北斗双模有源导航天线，其包括双模贴片天线、带通滤波器、两级放大器，贴片天线所接收到的信号经第一级放大器放大，经带通滤波器滤波后输送至第二级放大器，两级放大(或者更多级放大)后，输出至射频通道模块2。天线1中除了贴片天线本身之外，其他部件均与射频通道模块2、北斗信号处理模块3一起集成安装在电路板6上。

导航卫星信号接收机还包括壳体4、防共振装置5。射频通道模块2和北斗信号处理模块3二者集成设置在电路板6上，电路板6的四角固定在分离隔板8上。壳体4中部设置横向定位槽4-1，横向定位槽4-1内设置橡胶缓冲垫，所述分离隔板(8)通过弹性缓冲垫固定在横向定位槽9内。优选地，橡胶缓冲垫对分离隔板从一侧实现上、下包覆呈C字形将分离隔板的边缘夹在其中，并且优选地与分离隔板之间形成密封连接。

天线1设置于分离隔板上方，电路板设置于分离隔板下方，分离隔板上设置若干接线孔，天线1的输出信号经由接线孔向下输出给电路板。电路板上引出信号接收线，从下方插入到接线孔内，用于信号接收。

优选地，壳体4上方设置遮盖11，遮盖11中部隆起，两侧向下倾斜，固定在壳体4侧部，遮盖11的轴向上方位置设置通风口、下方位置设置排水口，避免在遮盖11与壳体4之间形成积水。遮盖11优选采用非金属材料，用于既起到遮挡阳光、雨水，减缓壳体老化的作用，又避免采用密封的方式，阻挡散热，保证了通风散热性能的良好。壳体4采用整体密封的构造，避免灰尘、水汽进入其中，影响使用寿命。

壳体4的下底面固定在基座上，具体而言，壳体4的四角设置弹性橡胶柱，壳体4通过螺栓穿过弹性橡胶柱固定在底部基座上。通过采用这种弹性固定的方式，为接收设备整体提供一定的振动缓冲，避免当其所安装的移动主体(比如列车)运动时，过大的振动直接传导到设备的主板和天线，降低设备的稳定性和使用寿命。

天线通过防共振装置5固定在中部隔板上，比如，天线下端通过弹性柱穿过环形柱状的防共振装置5固定在中间隔板上，或者天线直接固定在防共振装置5的上表面，防共振装置5的下表面固定在中间隔板。

防共振装置5至少包括至少两个环形柱状结构(优选为四个，四角各一个)，所述环形柱状结构包括内环表面501、外环表面502、双侧端面503以及三分环形支架504，三分环形支架包括主轴、三个纵向隔板，以及上下两个环形弹性端板，上下两个环形板固定在主轴上。三个纵向隔板与环形柱状结构的主轴平行地固定在上、下两个环形框之间，能够绕所述主轴旋转。三个纵向隔板呈翼片状由内环表面501伸向外环表面502，任意两个纵向隔板之间设置若干楔形结构，楔形结构的尖端部分的朝向，交错设置。即，第一楔形结构的尖端方向朝向柱状结构的上表面、第二楔形结构的尖端方向朝向下方，第三个楔形结构的尖端朝向上方，以此类推，楔形结构的厚度与环形柱状结构的双环间距大体相同，仅留有少许空隙，楔形结构的宽边长度大于其厚度，避免楔形结构发生旋转。三个纵向隔板之间的楔形材料分别称为第一间隔材料、第二间隔材料和第三间隔材料，其中，三部分间隔材料中的至少一个间隔材料的总重量与其他两个间隔材料的总重量不同，其余两个间隔材料的总重量彼此相同，并且，优选地，三种材料的密度彼此不同，优选地，内环外环之间，还填充有液体。楔形结构的长度短于柱状结构的高度。采用这种配置的好处在于，既保证了柱状结构内的重量的局部不平衡，使得当外部运动传导到柱状结构时，其密度较大的楔形材料推动纵向隔板运动，挤压密度较小的楔形材料向另一侧运动，从而通过中心的转移来缓冲振动，这种旋转所带来的噪声远小于其他的缓冲方式；与此同时，又通过配置两个相同密度的间隔材料，以及散开布置的楔形材料，使得一个间隔材料内部的各楔形材料可以具有不同的运动趋势，进而避免了由整体形成的运动体导致的持续的、单向的旋转运动，也避免了全流体结构而引起的液面效应(即，流体流动引起的重心偏移会进一步加剧其运动趋势)，使得：在往复的振动过程中，柱状结构内部的运动并非单一的往复、或旋转运动，而是在每一次振动下，不同楔形结构具有各自不同的运动趋势，并且，既避免共振的发生，又缓冲振动的传导。此外，假设整个环形柱状结构的重心在X轴方向，只要此时外部运动导致的设备的加速度方向不是完全平行于X轴方向，则密度大的楔形结构推动下，各个楔形结构绕柱体主轴与加速度反方向旋转，既部分卸掉了外部传导的振动力，又可以通过绕轴旋转，将外部传导进来的振动力，转化成轴向的力通过柱体主轴施加给分离隔板以及天线，使得二者收到的力并不与外部传导的振动方向相同，而是总是存在一定夹角，进而使其难以形成共振。

并且，由于本发明所采用的楔形结构的尺寸短于三分环形支架上下板之间的距离，尖端朝下的楔形结构在正常状态下，由于柱状结构内流体表面张力的作用以及下方楔形结构的支撑作用下，会与柱状结构的下表面形成一定间隙，这样，使得不管是设备所安装的平台发生向上、向下、向左、向右的振动，整个结构均可以通过反方向的相对运动，实现对振动力的缓冲和延迟，进而，改变设备的固有共振频率的同时，形成阻尼效果和不同频(延迟)运动效果，避免共振的发生。

在另一种优选实现方式中，楔形结构采用具有一定弹性的材料制成，并且优选地，环形柱状结构内的流体，具有一定的粘性，并且更优选地，流体的密度介于最大密度的楔形材料与最小密度的楔形材料之间，这样可以增加减振机构的方向均匀性。

优选地，环形柱状结构设置在导航信号接收机的壳体内部。可以采用在分离隔板与天线之间，在对角位置各设置一个环形柱状结构的方式，利用环形柱状结构包绕在分离隔板与天线之间的固定座外侧。或者在四角各设置一个。

电路板6的四角通过螺栓穿过弹性橡胶柱固定在分离隔板8上，电路板6采用倒置固定的方式。并且其并非直接固定在壳体底部，以避免当设备的壳体随着其安装平台发生大幅度振动时，对其自身造成损伤。

本发明的防共振设备可以减轻六个维度内任意一个维度的振动对极板的影响，有效防止各个维度内的振动引起的共振。

本发明通过在壳体上方设置非金属材料的、具有通风、透气功能且能够遮挡阳光爆嗮的遮盖，既可以实现对阳光直射的遮挡，又保证了对于壳体的散热，避免了由于照射后壳体内升高的温度长时间无法散去的问题。

为了验证本发明的信号接收设备的抗振效果，分别采用(1)本发明的设备、(2)市售的普通导航接收设备、(3)将本发明的中间隔板直接固定在壳体内并且采用普通的抗振阻尼设备、(4)将本发明的抗振机构替换成普通的液体阻尼设备(单孔双腔结构)进行了效果对比。

采用ZT-5024改装版振动平台进行振动模拟，分别设置周期振动和非周期振动，将壳体设置成透明材质，通过在天线顶端边缘设置振动传感器进行振动幅度测试。测试结果如下：

表1

此外，本发明还进行了非周期性振动的测试，对于非周期性振动，本发明的效果相对于其他对比例也具有明显优势，这里不再累述。

更需要强调的是，本发明的实现方案对振动方向几乎无选择性，相比之下，普通的抗振器件安装到天线下方时，由于一般都采用的是单孔的液体流动式阻尼机构，对方向有极大的选择性。这里仅对比(1)和(4)，(2)和(3)更不具有可比性。

表2

发明人发现，绝大部分阻尼结构是将其内部分成两个空间，流体在两个空间之间进行运动，或者由于重力原因，进而导致了其具有方向选择性，而本发明则进行了旋转分隔式构造，并且结合固液密度差(其内的楔形构造和液体具有密度差)进而保证了各个方向的无差别性。

实施例2

在本实施例中，为了保障信号的稳定性，本实施例采用GPS信号和北斗信号双模式的接收和解算方式。

本实施例中，其他结构与实施例1相同，只是射频通道模块2、北斗信号处理模块3采用GPS信号和BDS信号双模式，天线、通道模块和信号处理模块至少支持四通道信号采集、滤波、放大和处理。其中两个通道用于北斗信号接受处理，两个通道用于GPS信号接收处理，每个通道又可以包括多个信道。信号处理模块包括GPS定位处理模块和北斗定位处理模块以及综合解算模块。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种北斗导航信号接收设备，包括：天线(1)、射频通道模块(2)、信号处理模块(3)、壳体(4)、减振机构(5)以及电路板(6)，

所述天线(1)用于接收多个波束的导航卫星信号，所述导航卫星信号中，至少包含三颗不同方位角的导航卫星的广播信号；

所述射频通道模块(2)用于将所述天线接收的每个波束的导航卫星信号转换为中频数字信号输出给所述信号处理模块(3)进行信号解调；

所述射频通道模块(2)和所述信号处理模块设置集成在所述电路板(6)上；

所述壳体(4)中部设置分离隔板(8)，所述天线(1)设置于所述分离隔板上方，所述电路板设置于所述分离隔板下方；

所述天线(1)经由减震机构(5)的环形柱状结构固定在所述中间隔板上。

2.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述环形柱状结构包括：所述环形柱状结构包括内环表面(501)、外环表面(502)、双侧端面以及三分环形支架，三分环形支架包括主轴、三个纵向隔板以及上下两个环形板，上下两个环形板固定在主轴上，所述纵向隔板能够绕所述主轴以固定间距旋转，任意两个纵向隔板之间设置间隔材料，所述间隔材料具有若干楔形结构，楔形结构的尖端部分的方向上、下交错设置。

3.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，三个纵向隔板之间形成三组间隔材料，三组间隔材料中的至少一组间隔材料的总重量与其他两个间隔材料的总重量不同，其余两组间隔材料的总重量彼此相同。

4.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，还包括遮盖(11)，所述遮盖(11)设置于所述壳体(4)上方，所述遮盖(11)中部隆起，两侧向下倾斜，两侧分别固定在壳体(4)侧部。

5.根据权利要求4所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述遮盖(11)的轴向上方位置设置通风口、下方位置设置排水口，避免在遮盖(11)与壳体(4)之间形成积水。

6.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述天线(1)包括双模贴片天线、带通滤波器、两级放大器，贴片天线所接收到的信号经第一级放大器放大，经带通滤波器滤波后输送至第二级放大器，放大后，输出至射频通道模块2。

7.根据权利要求6所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述天线1的带通滤波器、两级放大器均集成安装在电路板(6)上，所述分离隔板上设置穿过隔板的信号传输孔，所述信号传输孔与所述分离隔板之间密封连接，所述贴片天线输出的信号经由信号传输孔传输至所述电路板(6)。

8.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述壳体中部设置横向定位槽，横向定位槽内设置橡胶缓冲垫，所述分离隔板(8)通过弹性橡胶垫固定在横向定位槽内。

9.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述信号处理模块(3)为北斗、GPS双模式信号处理模块，所述射频通道模块(2)包括双路北斗和双路GPS四路信道。

10.根据权利要求1所述的北斗导航信号接收设备，其特征在于，所述信号处理模块(3)包括导航解算模块，所述导航解算模块基于双模式轨迹预测进行导航定位。

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