CN203688805U - 卫星导航信号中频采样装置 - Google Patents
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Abstract
卫星导航信号中频采样装置，属于卫星导航技术领域。本实用新型为了解决现有卫星导航信号接收机采用专用芯片实现，无法进行拆分，造成接收机在进行软件更新时，需同时替换硬件设备的问题。它包括天线，天线用于接收卫星导航信号，它还包括低噪声放大器、射频带通滤波电路、锁相环倍频电路、温度补偿晶体振荡器、混频电路、中频滤波电路、自动增益放大器、AD转换器、位宽转换电路、数据缓存电路和USB接口，卫星导航信号经一系列电路处理后，由USB接口上传的数据直接传输给卫星导航信号的接收机。本实用新型用于对卫星导航信号进行处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星导航信号中频采样装置，属于卫星导航技术领域。
背景技术
随着卫星导航技术，如GPS的日趋成熟，其应用正在迅速进入人们的日常生活。而传统接收机结构固定，功能单一，几乎无法升级或升级困难，且只能针对单个卫星导航系统接收信号，很难利用未来多个卫星导航系统，如GPS、北斗、伽利略及格拉纳斯等同时存在的优势。
目前为了能够同时接收多个卫星导航系统的信号，接收机采用软件接收机架构，由于软件接收机处理器的运算速度增长极快，因此可以应对解算导航卫星信号的要求。但由于这种接收机的射频部分使用专用芯片来实现，它将信号调理电路及数字运算电路完全集成在该专用芯片上，即将对信号的接收、转换及对信号的解算功能模块的实现，集成为无法拆分的整体，这样导致当卫星导航系统的信号扩展或开发更新时，接收机的射频部分无法适应，使灵活性较差。
发明内容
本实用新型目的是为了解决现有卫星导航信号接收机采用专用芯片实现，无法进行拆分，造成接收机在进行软件更新时，需同时替换硬件设备的问题，提供了一种卫星导航信号中频采样装置。
本实用新型所述卫星导航信号中频采样装置，它包括天线，天线用于接收卫星导航信号，它还包括低噪声放大器、射频带通滤波电路、锁相环倍频电路、温度补偿晶体振荡器、混频电路、中频滤波电路、自动增益放大器、AD转换器、位宽转换电路、数据缓存电路和USB接口，
天线接收的卫星导航信号经低噪声放大器进行信号放大，低噪声放大器的放大信号输出端连接射频带通滤波电路的信号输入端，射频带通滤波电路的滤波信号输出端连接混频电路的第一混频信号输入端，混频电路的第二混频信号输入端连接锁相环倍频电路的倍频信号输出端，锁相环倍频电路的倍频信号输入端连接温度补偿晶体振荡器振荡频率信号输出端；
混频电路的混频信号输出端连接中频滤波电路的中频信号输入端，中频滤波电路的滤波信号输出端连接自动增益放大器的信号输入端，自动增益放大器的放大信号输出端连接 AD转换器的模拟信号输入端，AD转换器的数字信号输出端连接位宽转换电路的移位信号输入端，AD转换器的时钟信号输出端连接位宽转换电路的时钟信号输入端，位宽转换电路的并行数据信号输出端连接数据缓存电路的数据信号输入端，位宽转换电路的触发信号输出端连接数据缓存电路的触发信号输入端，数据缓存电路的数据信号通过USB接口上传。
位宽转换电路由非门、移位寄存器和计数器组成，
AD转换器的数字信号输出端连接移位寄存器的移位信号输入端，AD转换器的时钟信号输出端连接非门的输入端，非门的输出端同时连接移位寄存器的时钟信号输入端和计数器的时钟信号输入端，移位寄存器的并行数据信号输出端连接数据缓存电路的数据信号输入端，计数器的触发信号输出端连接数据缓存电路的触发信号输入端。
本实用新型的优点：本实用新型将天线收到的微弱卫星信号，进行下变频与混频处理，通过混频电路将频率较高的1.5GHz左右射频信号下变频到数字中频4MHz附近，根据信号的原始形式，确定带通滤波器的形式与带宽，采用滤波电路滤波，再通过AD转换器进行数字量化，生成数字信号。对于采样得到的数字信号进行位宽转换，再交给USB接口上传，传递给软件接收机。
本实用新型将原来用于接收卫星导航信号的接收机进行了拆分，即将数据的硬件电路处理部分独立出来作为卫星导航信号中频采样装置，该装置最后经USB接口上传的数据直接传输给卫星导航信号的接收机，由此接收机中对数据进行接收并处理的配置只是软件接收机即可，软件接收机直接接收USB接口上传的解算所需要的数字信号，该数字信号为经处理并采样压缩后的信号。
本实用新型将传统接收机中射频部分与模数转换部分单独分离出来，形成通用型设备，输出数字量化后的卫星信号，提供给软件接收机，从而通过修改或更新软件接收机的程序即可完成接收机的更新与升级，无需替换原有的硬件设备，通用性好。
附图说明
图1是本实用新型所述卫星导航信号中频采样装置的原理框图；
图2是位宽转换电路的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述卫星导航信号中频采样装置，它包括天线1，天线1用于接收卫星导航信号，其特征在于，它还包括低噪声放大器2、射频带通滤波电路3、锁相环倍频电路4、温度补偿晶体振荡器5、混频电路6、 中频滤波电路7、自动增益放大器8、AD转换器9、位宽转换电路10、数据缓存电路11和USB接口12，
天线1接收的卫星导航信号经低噪声放大器2进行信号放大，低噪声放大器2的放大信号输出端连接射频带通滤波电路3的信号输入端，射频带通滤波电路3的滤波信号输出端连接混频电路6的第一混频信号输入端，混频电路6的第二混频信号输入端连接锁相环倍频电路4的倍频信号输出端，锁相环倍频电路4的倍频信号输入端连接温度补偿晶体振荡器5振荡频率信号输出端；
混频电路6的混频信号输出端连接中频滤波电路7的中频信号输入端，中频滤波电路7的滤波信号输出端连接自动增益放大器8的信号输入端，自动增益放大器8的放大信号输出端连接AD转换器9的模拟信号输入端，AD转换器9的数字信号输出端连接位宽转换电路10的移位信号输入端，AD转换器9的时钟信号输出端连接位宽转换电路10的时钟信号输入端，位宽转换电路10的并行数据信号输出端连接数据缓存电路11的数据信号输入端，位宽转换电路10的触发信号输出端连接数据缓存电路11的触发信号输入端，数据缓存电路11的数据信号通过USB接口12上传。
本实施方式中，天线接收的信号先经过一级低噪声放大器进行信号放大，之后进行射频带通滤波，再与本地振荡器倍频后的信号混频，完成下变频操作，信号由射频下变频到了中频。中频信号通过中频滤波电路，除掉其中包含的噪声基底，之后进行自动增益放大，将信号强度变为适合后面AD转换的大小。变换之后进行AD转换，转换为2Bit的数字量，并输出采样用的时钟，以供同步使用。
位宽转换电路10将每一次采样的2Bit结果依次通过移位寄存器，8个采样周期后凑够16Bit位宽，输出给数据缓存电路进行输出保持，同时通过计数器进行时钟计数，并发出触发信号，通知下一级上传电路通过USB接口进行上传。上传部分被触发后读取16Bit的结果，上传电路通过Bulk方式向计算机部分发送，从而完成整个中频采样过程。
具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述位宽转换电路10由非门10-1、移位寄存器10-2和计数器10-3组成，
AD转换器9的数字信号输出端连接移位寄存器10-2的移位信号输入端，AD转换器9的时钟信号输出端连接非门10-1的输入端，非门10-1的输出端同时连接移位寄存器10-2的时钟信号输入端和计数器10-3的时钟信号输入端，移位寄存器10-2的并行数据信号输 出端连接数据缓存电路11的数据信号输入端，计数器10-3的触发信号输出端连接数据缓存电路11的触发信号输入端。
本实施方式中，射频部分完成对外接有源天线收到信号的混频与滤波工作，将射频信号转换为容易处理的中频信号，并对中频信号进行滤波、模数转换，成为2Bit位宽的数字信号。位宽转换部分首先将2Bit位宽的数据通过移位寄存器压缩打包为16Bit宽度，从而方便后面的上传电路一次接收，减小其负担。位宽转换电路10还控制着整个采样的时序与时钟，最后上传部分将压缩好的数据，按照时序上传，上传接口为USB2.0。在实际应用中，上传部分还通过USB接口接收软件接收机发来的控制与参数信号，控制整个采样装置的运行。采样装置最终输出的是采样后的中频信号流。AD转换器9的时钟信号提供给后级使用，目的是让后面的电路跟自己保持同步，频率是16.368MHZ。计数器构建成8进制计数器，对时钟信号8分频，输出频率2.046MHz。AD时钟信号经非门的目的是保证移位寄存器读到的数据稳定，避免在AD结果变化的过程中读取而出错。
本实用新型最终得到的数据可以用于GPS系统的定位解算，解算精度由后面的软件接收机性能决定。采样装置的采样频率可达16.368MHz，最大数据上传速度可达30MB/s。
Claims (2)
1.一种卫星导航信号中频采样装置，它包括天线(1)，天线(1)用于接收卫星导航信号，其特征在于，它还包括低噪声放大器(2)、射频带通滤波电路(3)、锁相环倍频电路(4)、温度补偿晶体振荡器(5)、混频电路(6)、中频滤波电路(7)、自动增益放大器(8)、AD转换器(9)、位宽转换电路(10)、数据缓存电路(11)和USB接口(12)，
天线(1)接收的卫星导航信号经低噪声放大器(2)进行信号放大，低噪声放大器(2)的放大信号输出端连接射频带通滤波电路(3)的信号输入端，射频带通滤波电路(3)的滤波信号输出端连接混频电路(6)的第一混频信号输入端，混频电路(6)的第二混频信号输入端连接锁相环倍频电路(4)的倍频信号输出端，锁相环倍频电路(4)的倍频信号输入端连接温度补偿晶体振荡器(5)振荡频率信号输出端；
混频电路(6)的混频信号输出端连接中频滤波电路(7)的中频信号输入端，中频滤波电路(7)的滤波信号输出端连接自动增益放大器(8)的信号输入端，自动增益放大器(8)的放大信号输出端连接AD转换器(9)的模拟信号输入端，AD转换器(9)的数字信号输出端连接位宽转换电路(10)的移位信号输入端，AD转换器(9)的时钟信号输出端连接位宽转换电路(10)的时钟信号输入端，位宽转换电路(10)的并行数据信号输出端连接数据缓存电路(11)的数据信号输入端，位宽转换电路(10)的触发信号输出端连接数据缓存电路(11)的触发信号输入端，数据缓存电路(11)的数据信号通过USB接口(12)上传。
2.根据权利要求1所述的卫星导航信号中频采样装置，其特征在于，位宽转换电路(10)由非门(10-1)、移位寄存器(10-2)和计数器(10-3)组成，
AD转换器(9)的数字信号输出端连接移位寄存器(10-2)的移位信号输入端，AD转换器(9)的时钟信号输出端连接非门(10-1)的输入端，非门(10-1)的输出端同时连接移位寄存器(10-2)的时钟信号输入端和计数器(10-3)的时钟信号输入端，移位寄存器(10-2)的并行数据信号输出端连接数据缓存电路(11)的数据信号输入端，计数器(10-3)的触发信号输出端连接数据缓存电路(11)的触发信号输入端。
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|---|---|---|---|---|
| CN104297767A (zh) * | 2014-10-24 | 2015-01-21 | 山东大学 | 一种自适应的多次重采样导航卫星捕获方法及其实现系统 |
| CN105467413A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-06 | 西安航天华迅科技有限公司 | 一种带温度补偿的卫星导航射频芯片及系统 |
| CN108519608A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-09-11 | 中国航天电子技术研究院 | 一种基于阵列天线的卫星导航抗干扰和测姿方法 |
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| CN104297767B (zh) * | 2014-10-24 | 2016-08-24 | 山东大学 | 一种自适应的多次重采样导航卫星捕获方法及其实现系统 |
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