CN201413393Y

CN201413393Y - 一种多定位源数据采集装置

Info

Publication number: CN201413393Y
Application number: CN2009201518972U
Authority: CN
Inventors: 邓中亮; 邹德君; 崔岩松; 陈续; 刘华东
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-04-28

Abstract

本实用新型涉及一种多定位源数据采集装置，该装置包括：多系统卫星射频采集模块，用于采用并行通道采集方式对各种卫星定位射频信号进行采集；无线局域网信号采集模块，用于与无线局域网中预先部署的节点通信实现无线局域网定位信号采集；无线传感器网络信号采集模块，用于与无线传感器网络中预先部署的节点通信实现无线传感器网络定位信号采集；接口单元，用于提供上述三个模块与处理器的接口；处理器，通过接口单元接收所采集的卫星定位射频信号、无线局域网定位信号和无线传感器网络定位信号，根据需要进行相应处理。本实用新型使定位技术向多元化方向发展，不同的定位源信号能通过上位机进行选择切换，同时也支持多通道的同时采集。

Description

一种多定位源数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及卫星通信领域，具体涉及使定位技术向多元化发展的一种多定位源数据采集装置。

背景技术

全球定位系统GPS包括三大部分：空间部分-GPS卫星星座；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。GPS卫星星座是由包括在大约17600千米高空围绕地球旋转的24颗卫星以及一些其他装备组成的。这些卫星按6条分开的路径飞过太空，它们都配备有原子钟、计算机、接收机和发射机。GPS的工作原理为：卫星以每秒1000次的速率发送自己的位置和时间；GPS信号接收机测得接收到卫星每个信号时所用的时间，便可确定本机到卫星的距离；将获自几颗卫星的这类数据加以合成，就能计算出本机所在的纬度、经度和高度，GPS信号接收机与地面监控系统实时通信从而实现近乎实时的导航定位。

随着GPS系统的成熟与发展，俄罗斯GlONASS系统，欧洲Galileo和中国北斗系统的建立与完善，它们之间的兼容性和互操作性的不断加强，依靠单系统的卫星定位方式已经远远不能满足我们的需求。利用多模的信号进行导航定位，可以提高系统的应用的完好性和可靠性，提高系统的定位精度和导航连续性。

卫星定位有其固有的缺点，在室外或开阔场地中，卫星信号能很好的被接受和利用，但处于室内环境时卫星信号的信号强度低于开阔地环境下30dB左右。在这种情况下，卫星已失去定位的作用，因而利用卫星作为定位的手段是不取的。近年来随着无缝定位被广泛关注，促使室内定位技术正在蓬勃发展，其中具有代表型的技术如利用无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)定位，无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)定位。

如上面所说的，单一的定位源采集器已经不能满足当今定位多元化的需求了，在无缝定位的环境中应该使用无缝的多定位源数据采集装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多定位源数据采集装置，解决现有技术单一的定位源采集器已经不能满足当今定位多元化的需求的问题，实现无缝定位的环境中进行定位。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供了一种多定位源数据采集装置，该装置包括：

多系统卫星射频采集模块，用于采用并行通道采集方式对各种卫星定位射频信号进行采集；

无线局域网信号采集模块，用于与无线局域网中预先部署的节点通信实现无线局域网定位信号采集；

无线传感器网络信号采集模块，用于与无线传感器网络中预先部署的节点通信实现无线传感器网络定位信号采集；

接口单元，用于提供多系统卫星射频采集模块、无线局域网信号采集模块、无线传感器网络信号采集模块与处理器的接口；

处理器，通过接口单元接收所采集的卫星定位射频信号、无线局域网定位信号和无线传感器网络定位信号，根据需要进行相应处理。

优选地，该装置还包括：

并行通道，与多系统卫星射频采集模块、无线局域网信号采集模块、无线传感器网络信号采集模块连接进行并行数据传输；

数据缓冲单元，连接在所述并行通道和接口单元连接，将并行传输的数据缓冲后传输到接口单元。

优选地，所述无线局域网信号采集模块包括：

发射单元，包括依次连接的输入匹配滤波器、与片上调节器和功率检测器集成在一起的3阶功率放大器、第一带通匹配滤波器、与单根天线连接的单刀双掷开关，以及高抑制带通滤波器；

接收单元，包括依次连接的高抑制带通滤波器、与单根天线连接的单刀双掷开关、第二带通匹配滤波器，以及平衡/不平衡变换器。

优选地，所述并行通道和数据缓冲单元由现场可编程门阵列FPGA实现。

优选地，现场可编程门阵列采用EP3C25E144，数据缓冲单元利用现场可编程门阵列内部的RAM资源实现。

优选地，所述接口单元为USB控制器，用于与处理器进行USB传输，并进行卫星定位射频信号、无线局域网定位信号和无线传感器网络定位信号传输的切换。

优选地，所述USB控制器采用型号为CY7C68013A的控制芯片。

优选地，无线传感器网络信号采集模块采用型号为CC2430的射频芯片，发射频率为2.4GHz。

利用本新型提供的多定位源数据采集装置，具有以下有益效果：

1)将室内定位技术WLAN、WSN与卫星导航定位等定位方式相结合使定位技术向多元化方向发展；

2)不同的定位源信号能通过上位机进行选择切换，同时也支持多通道的同时采集，采集最高峰值速度可以达到34MB/s，高于大多数的信号源发射速率。

附图说明

图1为本新型多定位源数据采集装置结构图；

图2为本新型实施例中多定位源数据采集装置结构图；

图3为本新型实施例中多定位源数据采集装置中的无线局域网信号信采集模块结构图；

图4为本新型实施例中多定位源数据采集中无线传感器网络信号采集模块结构图。

具体实施方式

本实用新型提出的多定位源数据采集装置，结合附图和实施例详细说明如下。

本实用新型提出的多定位源数据采集装置是将周围的各种定位射频信号采集到PC端的一种装置。因此，多星座卫星系统定位必然成为趋势。室内定位技术如无线局域网络WLAN和无线传感器网络WSN与卫星导航定位等等的定位方式相结合使定位技术向多元化方向发展。

如图1所示，本新型提供的多定位源数据采集装置包括：多系统卫星射频采集模块，用于采用并行通道采集方式对各种卫星定位射频信号进行采集；无线局域网信号采集模块，用于与无线局域网中预先部署的节点通信实现无线局域网定位信号采集；无线传感器网络信号采集模块，用于与无线传感器网络中预先部署的节点通信实现无线传感器网络定位信号采集；接口单元，用于提供多系统卫星射频采集模块、无线局域网信号采集模块、无线传感器网络信号采集模块与处理器的接口；处理器，通过接口单元接收所采集的卫星定位射频信号、无线局域网定位信号和无线传感器网络定位信号，根据需要进行相应处理

实施例

如图2所示，该多定位源数据采集装置包括：多系统卫星射频采集模块具体为GNSS(Global Navigation Satellite System)射频信号采集模块，用于采用并行通道采集方式对各种卫星定位射频信号进行采集，对于每种星座的卫星留有单独的采集通道；WLAN射频信号采集模块，用于与无线传感器网络中预先部署的节点通信实现无线传感器网络定位信号采集；WSN射频信号采集模块，用于与无线传感器网络中预先部署的节点进行射频信号通信实现无线传感器网络定位信号采集，WLAN和WSN进行定位的原理基本相同，采集器通过由预部署好的节点(标签)发出来的信号强度与存贮于特征库内的数据相比较，通过按照某种匹配算法进行相关运算，寻找最相似(可以以均方差表示)的值，然后定位到具体位置。

该多定位数据采集装置还包括：并行通道，与多系统卫星射频采集模块、无线局域网信号采集模块、无线传感器网络信号采集模块连接进行并行数据传输；数据缓冲单元，连接在所述并行通道和接口单元连接，将并行传输的数据缓冲后传输到接口单元。接口单元为USB控制器，用于与处理器进行USB传输，并进行卫星定位射频信号、无线局域网定位信号和无线传感器网络定位信号传输的切换。

本实施例并行通道和数据缓冲单元由现场可编程门阵列FPGA实现，现场可编程门阵列采用EP3C25E144，数据缓冲单元利用现场可编程门阵列内部的RAM资源实现，FPGA具有大量的可并行资源和灵活性，很合适作为并行的数据采集通道和数据缓冲。

如图3所示的WLAN射频信号采集模块结构图，其发射单元和接收单元，其中发射单元，包括依次连接的输入匹配滤波器、与片上调节器和功率检测器集成在一起的3阶功率放大器、第一带通匹配滤波器、与单根天线连接的单刀双掷开关，以及高抑制带通滤波器；接收单元，包括依次连接的高抑制带通滤波器、与单根天线连接的单刀双掷开关、第二带通匹配滤波器，以及平衡/不平衡变换器(balun)。这种架构采用了单根天线的单刀双掷(SPDT)T/R开关设计，简化了双天线分集开关(diversity switch)的结构，后者在手机中往往缺乏足够的距离来获得空间分集(spatial diversity)；而且天线的隔离度很低，无法满足多天线应用的需要。这个最优化架构的发射路径包括一个输入匹配滤波器、一个与片上调节器和功率检测器集成在一起的3阶SiGe功率放大器、一个集中式第一带通匹配滤波器、一个SPDT T/R开关，以及一个高抑制带通滤波器(BPF)。其接收路径则包括相同的高抑制带通滤波器BPF、一个SPDTT/R开关、一个第二带通匹配滤波器，以及一个平衡/不平衡变换器。在某些应用中更需要一个低噪声放大器(LNA)，以确保接收路径的插损(insertion loss)足够低，从而优化接收器的灵敏度，并提高WLAN无线技术的总体覆盖范围。

如图4所示，WSN信号采集模块采用CC2430射频芯片，发射频率为2.4GHz，可以兼容16个频点，最高传输/接受数据速率为250kbps。

本多定位源采集装置包含射频模块组，FPGA控制模块，缓冲模块，传输模块，数据采集程序。其中射频模块组包含三个独立的部分：一是GNSS多模卫星射频模块，二是WLAN射频收发模块，三是WSN射频模块构成。这三个部分独立工作，由USB控制芯片CY7C68013A(8051内核)的部分IO口来选择控制。FPGA控制模块采用EP3C25E144实现，缓冲模块利用FPGA内部的RAM资源构成DUAL-RAM来实现。

本新型中的USB控制器采用型号为CY7C68013A的控制芯片，主控权由CY7C68013A协调控制，由其统一发出复位、通道选择等工作。数据采集程序包含三个方面，一是FPGA上的采集缓冲和数据组合程序；二是USB控制芯片CY7C68013A的USB传输控制代码；三是安装与PC机上的上层控制界面，用户直接操作位于PC上位机，通过USB连接线控制，数据可根据用户的需求进行保存。

FPGA与各个射频模块通过IO口相连接，包含数据口(DATA)，时钟(CLK)和射频模块的选择使能口(EN)；FPGA与CY7C68013A通过16为数据总线(FD[15:0])，CY7C68013A内部缓存空满标志(FLAGA、FLAGB)，读写控制使能SLDR、SLWR相连。

处理器采用PC机端，当上述各个信号采集模块采集的各种数据被采集到PC端时可以很方便的读取并对其进行分析，是验证定位算法必不可少的一个环节。不同的定位源信号能通过上位机进行选择切换，同时也支持多通道的同时采集，采集最高峰值速度可以达到34MB/s，高于大多数的信号源发射速率。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1、一种多定位源数据采集装置，其特征在于，该装置包括：

2、根据权利要求1所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，该装置还包括：

3、根据权利要求1所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，所述无线局域网信号采集模块包括：

4、根据权利要求2所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，所述并行通道和数据缓冲单元由现场可编程门阵列实现。

5、根据权利要求4所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，现场可编程门阵列采用EP3C25E144，数据缓冲单元利用现场可编程门阵列内部的RAM资源实现。

6、根据权利要求1～5任一所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，所述接口单元为USB控制器，用于与处理器进行USB传输，并进行卫星定位射频信号、无线局域网定位信号和无线传感器网络定位信号传输的切换。

7、根据权利要求6所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，所述USB控制器采用型号为CY7C68013A的控制芯片。

8、根据权利要求1～5任一所述的多定位源数据采集装置，其特征在于，无线传感器网络信号采集模块采用型号为CC2430的射频芯片，发射频率为2.4GHz，遵守IEEE 802.15.4协议标准。