CN201331579Y - 嵌入式北斗gps导航定位接收机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式北斗GPS导航定位接收机，它涉及无线电导航定位领域中的导航定位接收机。它由单电缆多信号传输模块、GPS模块、信号与数据处理模块、LPC总线接口和电源转换模块等部件组成。它完成对卫星信号的接收，通过LPC总线接口及电源转换模块实现嵌入式导航定位接收机与便携式计算机的互连。本实用新型还具有使用安装方便，集成化程度高，成本低廉，体积小，功耗低，电磁兼容特性好，重量轻，可靠性高等优点，特别适用于嵌入在恶劣环境条件下使用的便携式计算机或其他导航定位系统中作导航定位接收机。

Description

嵌入式北斗GPS导航定位接收机

技术领域

本实用新型涉及无线电导航定位领域中的一种嵌入式北斗GPS导航定位接收机，特别适用于嵌入在恶劣环境条件下使用的便携式计算机或其他导航定位系统中作导航定位接收机。

背景技术

目前在导航定位系统中，和便携式计算机连接的导航定位接收机多为外接设备，其外接设备体积偏大，接口偏多，质量偏重，操作复杂，携带不方便，不适于当前对导航定位接收机的小型化可靠性要求。同时也不利于规模生产，不适合在高振动环境下使用。而且便携式计算机提供的电压多为+5V以下，且电源的带载能力有限，不能直接为导航定位接收机使用。同时导航定位接收机多用串口方式与计算机进行互连，传输速率低，不能直接嵌入到便携式计算机的内部使用。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种通过电压转换模块和接口设计实现导航定位接收机和便携式计算机之间连接的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，通过接口设计、电源转换模块以及小型化等设计可以实现导航定位接收机嵌入到便携式计算机内部。本实用新型具有结构紧凑，体积小，重量轻，方便易携带，操作方便简单，可靠性高，能在湿热、严寒等严酷环境下使用等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括单电缆多信号传输模块1、信号与数据处理模块2、GPS模块3、LPC总线接口4、电源转换模块5，其中单电缆多信号传输模块1入端口与信号接收端口A连接、出端口与天线装置入端口C连接、另一出入端口依次串接信号与数据处理模块2、LPC总线接口4后与计算机终端接口B连接，GPS模块3入端口与GPS天线出端口D连接、其出端口与信号与数据处理模块2另一入端口连接，电源转换模块5出端+V电压端与各部件相应电源端连接，入端口与电源端口E连接。

本实用新型单电缆多信号传输模块1由低噪声放大器6、功率放大器7、双工器8、信号检测模块9、电源变换模块10、双工器11、接收模块12、发射模块13、电缆15组成，其中信号接收端口A与低噪声放大器6入端3脚连接，低噪声放大器6出端1脚与双工器8入端3脚连接、入端2脚与电源变换模块10出端2脚输出+V2电压连接、入端4脚与地端连接；电源变换模块10入端1脚与双工器8出端4脚输出+V1电压连接、出端3脚输出+V2电压与信号检测模块9入端3脚连接、入端4脚与地端连接；功率放大器7出端4脚与天线装置入端口C连接、入端2脚与双工器8出端4脚输出+V1电压并接、入端1脚与双工器8出端2脚连接、入端3脚与信号检测模块9出端2脚连接、入端5脚与地端连接；信号检测模块9入端1脚与双工器8出端2脚并接、入端4脚与地端连接；电源转换模块5出端+V电压串接双工器11入端2脚、出入端1脚、电缆15后与双工器8出入端1脚连接；双工器11出端3脚与接收模块12入端1脚连接、其入端4脚与发射模块13出端1脚连接；接收模块12入端2脚与电源转换模块5出端口+V电压端连接、入端3脚与地端连接、出端4脚连接信号与数据处理模块2的入端口；发射模块13入端2脚与电源转换模块5出端口+V电压端连接、入端3脚与地端连接、入端4脚连接信号与数据处理模块2出端口。

本实用新型电源转换模块5由电压转换电路14、大容量电容器组20组成，电压转换电路14入端2脚与电源入口端E连接，出端1脚与大容量电容器组20的出端1脚并接输出+V电压，电压转换电路14、大容量电容器组20各入端6脚与地端连接。

本实用新型信号与数据处理模块2由信号处理器16、GPS数据处理器17、数据处理器18、加解密处理器19组成，其中信号处理器16入端1脚与单电缆多信号传输模块1出端口连接、出端2脚与数据处理器18入端2脚连接；GPS数据处理器17入端1脚与GPS模块3出端口连接、出入端口2脚与数据处理器18出入端1脚连接；数据处理器18出入端3脚与加解密处理器19出入端1脚连接，数据处理器18出端4脚与CPCI总线接口4入端1脚连接；信号处理器16、GPS数据处理器17、数据处理器18、加解密处理器19各入端5脚与电源转换模块5出端口+V电压端连接、各入端6脚与地端连接。

本实用新型信号处理器16由模数转换器21、第1至第6路相关器通道22-1至22-6、扩频器23组成，其中模数转换器21的入端1脚与单电缆多信号传输模块1中的接收模块12出端4脚连接、模数转换器21的出端2脚分别并接第1至第6路相关器通道22-1至22-6的入端1脚，第1至第6路相关器通道22-1至22-6各出端2脚分别与数据处理器18入端1至6脚连接，数据处理器18出端7脚与扩频器23的入端2脚连接，扩频器23的出端1脚与单电缆多信号传输模块1中的发射模块13入端4脚连接。

本实用新型GPS数据处理器17由最小二乘法进行定位解算。

本实用新型数据处理器18采用多任务及低耦合模块制作。

本实用新型与背景技术相比有以下优点：

1、本实用新型单电缆多信号传输模块1采用一根电缆15能传输收发信号及电源，使连接电缆尺寸大大减小，因而设备连接简单，通用性强，传输距离远，可靠性高，更换维修方便。

2、本实用新型各部件集成化程度高，实现了导航设备的嵌入式使用，专门针对便携式计算机研制设计，使得携带更加方便。

3、本实用新型信号与数据处理模块2采用多路并行信道和信号处理一体化设计，电路结构简单，并且采用通用模块电路设计，成本低廉，便于推广。

4、本实用新型结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，使用方便，可以在湿热，严寒，高振动等特殊环境下应用，传输数据速率高。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电原理方框图。

图2是本实用新型单电缆多信号传输模块1实施例的电原理图。

图3是本实用新型电源转换模块5实施例的电原理图。

图4是本实用新型信号与数据处理模块2实施例的电原理图。

图5是本实用新型信号处理器16实施例的电原理图。

图6是本实用新型GPS数据处理器17的工作流程图。

图7是本实用新型数据处理器18的工作流程图。

具体实施方式

参照图1至图7，本实用新型由单电缆多信号传输模块1、信号与数据处理模块2、GPS模块3、LPC总线接口4和电源转换模块5组成，如图1所示，实施例按图1连接线路。

本实用新型单电缆多信号传输模块1的作用是传输收发信号及电源电压，由低噪声放大器6、功率放大器7、双工器8、信号检测模块9、电源变换模块10、双工器11、接收模块12、发射模块13、电缆15组成，图2是本实用新型单电缆多信号传输模块1实施例的电原理图，实施例按图2连接线路。其中信号接收端口A外接接收天线，接收导航信号，输入低噪声放大器6入端3脚，导航信号经低噪声放大器6放大后由1脚输出至双工器8，双工器8把接收的导航信号进行合成，通过电缆15输出至双工器11，双工器11把接收的导航信号分离后输出至接收模块12，由接收模块12完成导航信号的变频与放大等信号处理过程，组成一个完整的接收链路。发射模块13把需要发送的导航信号输出至双工器11，经双工器11合成后输出至电缆15，输入至双工器8，由双工器8分离后将发射信号由双工器8的出端2脚输出至功率放大器7入端1脚，功率放大器7完成功率放大后，由发射端口C经天线发射出去。双工器8输出的发射信号同时输入至信号检测模块9，信号检测模块9把检测到的发射控制信号输出至功率放大器7的入端3脚，完成对功率放大器7的发射控制。电源变换模块10的作用是经电压变化后给低噪声放大器6、信号检测模块9供电。实施例低噪声放大器6采用市售的LNA-30G型高放制作，功率放大器7采用市售的PA1615-10型功率放大器制作，双工器8，双工器11均采用市售的SGQ L/S型双工器制作，电缆15采用市售的SYV-50-3型制作。接收模块12、发射模块13采用自制收发电路制作。信号检测模块9采用自制信号检测电路制作。

本实用新型信号与数据处理模块2的作用是对卫星信号捕获、跟踪、解扩、解调以及卫星电文解析和处理，它由信号处理器16、GPS数据处理器17、数据处理器18、加解密处理器19组成，图4是本实用新型信号与数据处理模块2实施例的电原理图，实施例按图4连接线路。信号处理器16的信号处理模块包含六个相互独立的接收通道，可同时接收六个波束的I支路和Q支路，共十二个支路的数据。GPS数据处理器17接收GPS模块3输出的导航电文、伪距测量值、载波测量值、星历等数据，完成GPS定位。同时，GPS数据处理器17若接收到数据处理器18传送来的GPS实时广域差分和完好性监测信息，则基于以上信息和GPS的原始数据，通过差分算法解算得到用户接收点的精确位置，完成实时定位功能。数据处理器18对信号处理器16输出的解调后的数据进行定位或通信处理，并将处理结果输出，完成内部数据以及通信结果的存储，具备掉电不挥发的能力，负责对外部接口状态进行实时检测，当接收到命令时，对接收到的命令进行解释，执行相应的操作，并将执行结果输出到LPC总线接口4。LPC总线接口4再将数据由端口B正常输出。另外数据处理器18还要将I支路中的GPS实时广域差分信息传递给GPS数据处理器17。同时将加解密信号送到加解密处理器19，加解密处理器19实现信源的加解密功能。实施例信号与数据处理模块2中的各部件采用市售的EP2C70型的FPGA制作，及市售的TMS320VC5509和TMS320VC33型的DSP制作。

本实用新型GPS模块3作用是处理接收到的GPS信号，完成射频信号的放大和下变频、在基带信号处理部分完成信号捕获、跟踪、接扩、解调等。实施例GPS模块3采用市售的SSII-3-1CPT型GPS电路制作。

本实用新型LPC总线接口4的作用是进行数据传输，实现用户机与计算机的高速互连。实施例LPC总线接口4采用市售的F81216D型接口电路制作。

本实用新型电源转换模块5的作用是提供将外接低压电源至各部件工作电压，并通过大容量电容器组20为功率放大器7储存工作能量，从而减轻外接电源的瞬间负载压力。它由电压转换电路14、大容量电容器组20组成，图3是本实用新型电源转换模块5实施例的电原理图，实施例按图3连接线路。其中输入端电压E为+5V，输出+V电压为13.5V。实施例电源转换模块5采用市售的MAX668型升压转换电路及市售的EMHSR-0001C5-005R4型的电容器制作。

本实用新型信号处理器16的作用是分别接收系统卫星出站波束，将发送基带数据进行扩频处理，并将扩频后的数据送射频模块。它由模数转换器21、第1至第6路相关器通道22-1至22-6、扩频器23组成。图5是本实用新型信号处理器16实施例的电原理图，实施例按图5连接线路。模数转换器21作用是把模拟信号转换为数字信号。第1至第6路相关器通道22-1至22-6的作用是接收卫星的6个出站波束。扩频器23的作用是把发送基带数据进行扩频处理。实施例模数转换器21采用市售的AD9283型模数变换器件制作。第1至第6路相关器通道22-1至22-6、扩频器23采用市售的EP2C70型的FPGA制作。

本实用新型GPS数据处理器17由最小二乘法进行定位解算，实施例其工作流程如图6所示。

本实用新型数据处理器18采用多任务及低耦合模块制作，实施例其工作流程如图7所示。

本实用新型安装结构如下：图2中双工器11、接收模块12、发射模块13安装在一块长66×宽35mm的印制板上，安装在收发屏蔽盒内。双工器8、信号检测模块9安装在一块长43×宽24mm的印制板上，两块印制板安装在一个屏蔽盒中，与低噪声放大器6及功率放大器7一起固定在天线底腔内，天线底腔安装双工器8出入端口1的电缆插座，电缆插座通过电缆15与收发屏蔽盒中双工器11出入端口1的电缆插座连接。

图1中GPS模块3、LPC总线接口4及图4中信号处理器16、GPS数据处理器17、数据处理器18、和加解密处理器19安装在长92×宽71mm的印制板上，印制板安装在结构壳体内，组装成本实用新型。使用时可以直接嵌入到便携式计算机的内部使用。

Claims (7)

1、一种嵌入式北斗GPS导航定位接收机，它包括GPS模块(3)、LPC总线接口(4)、电源转换模块(5)，其特征在于：还包括单电缆多信号传输模块(1)、信号与数据处理模块(2)，其中单电缆多信号传输模块(1)入端口与信号接收端口A连接、出端口与北斗天线装置入端口C连接、另一出入端口依次串接信号与数据处理模块(2)、LPC总线接口(4)后与计算机终端接口B连接，GPS模块(3)入端口与GPS天线出端口D连接、其出端口与信号与数据处理模块(2)另一入端口连接，电源转换模块(5)出端+V电压端与各部件相应电源端连接、入端口与电源端口E连接。

2、根据权利要求1所述的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，其特征在于：单电缆多信号传输模块(1)由低噪声放大器(6)、功率放大器(7)、双工器(8)、信号检测模块(9)、电源变换模块(10)、双工器(11)、接收模块(12)、发射模块(13)、电缆(15)组成，其中信号接收端口A与低噪声放大器(6)入端3脚连接，低噪声放大器(6)出端1脚与双工器(8)入端3脚连接、入端2脚与电源变换模块(10)出端2脚输出+V2电压连接、入端4脚与地端连接；电源变换模块(10)入端1脚与双工器(8)出端4脚输出+V1电压连接、出端3脚输出+V2电压与信号检测模块(9)入端3脚连接、入端4脚与地端连接；功率放大器(7)出端4脚与天线装置入端口C连接、入端2脚与双工器(8)出端4脚输出+V1电压并接、入端1脚与双工器(8)出端2脚连接、入端3脚与信号检测模块(9)出端2脚连接、入端5脚与地端连接；信号检测模块(9)入端1脚与双工器(8)出端2脚并接、入端4脚与地端连接；电源转换模块(5)出端+V电压串接双工器(11)入端2脚、出入端1脚、电缆(15)后与双工器(8)出入端1脚连接；双工器(11)出端3脚与接收模块(12)入端1脚连接、其入端4脚与发射模块(13)出端1脚连接；接收模块(12)入端2脚与电源转换模块(5)出端口+V电压端连接、入端3脚与地端连接、出端4脚连接信号与数据处理模块(2)入端口；发射模块(13)入端2脚与电源转换模块(5)出端口+V电压端连接、入端3脚与地端连接、入端4脚连接信号与数据处理模块(2)出端口。

3、根据权利要求1所述的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，其特征在于：电源转换模块(5)由电压转换电路(14)、大容量电容器组(20)组成，电压转换电路(14)入端2脚与电源入口端E连接、出端1脚与大容量电容器组(20)的出端1脚并接输出+V电压，电压转换电路(14)、大容量电容器组(20)各入端6脚与地端连接。

4、根据权利要求1所述的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，其特征在于：信号与数据处理模块(2)由信号处理器(16)、GPS数据处理器(17)、数据处理器(18)、加解密处理器(19)组成，其中信号处理器(16)入端1脚与单电缆多信号传输模块(1)出端口连接、出端2脚与数据处理器(18)入端2脚连接；GPS数据处理器(17)入端1脚与GPS模块(3)出端口连接、出入端口2脚与数据处理器(18)出入端1脚连接；数据处理器(18)出入端3脚与加解密处理器(19)出入端1脚连接，数据处理器(18)出端4脚与LPC总线接口(4)出入端1脚连接；信号处理器(16)、GPS数据处理器(17)、数据处理器(18)、加解密处理器(19)各入端5脚与电源转换模块(5)出端口+V电压端连接、各入端6脚与地端连接。

5、根据权利要求4所述的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，其特征在于：信号处理器(16)由模数转换器(21)、第1至第6路相关器通道(22-1)至(22-6)、扩频器(23)组成，其中模数转换器(21)的入端1脚与单电缆多信号传输模块(1)中的接收模块(12)出端4脚连接、模数转换器(21)的出端2脚分别并接第1至第6路相关器通道(22-1)至(22-6)的入端1脚，第1至第6路相关器通道(22-1)至(22-6)各出端2脚分别与数据处理器(18)入端1至6脚连接，数据处理器(18)出端7脚与扩频器(23)的入端2脚连接，扩频器(23)的出端1脚与单电缆多信号传输模块(1)中的发射模块(13)入端4脚连接。

6、根据权利要求5所述的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，其特征在于：GPS数据处理器(17)由最小二乘法进行定位解算。

7、根据权利要求6所述的嵌入式北斗GPS导航定位接收机，其特征在于：数据处理器(18)采用多任务及低耦合模块制作。

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