CN204101730U - 一种分布式卫星导航接收机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分布式卫星导航接收机，包括：第一套三频天线和第二套三频天线以及与第一套三频天线和第二套三频天线相连接的数据处理器；第一套三频天线和数据处理器之间设有第一套射频通道和第一套基带处理装置；第二套三频天线和数据处理器之间设有第二套射频通道和第二套基带处理装置，且数据处理器又连接一外部数据接口。本实用新型主要是通过多个三频天线同时工作接收不同方向的卫星信号，经过射频通道进行下变频与放大，在基带信号层面进行融合，实现数据的互补，最后通过综合解算模块得到精度最佳的导航数据，具有很好的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种分布式卫星导航接收机。
背景技术
1、现有卫星导航接收机多采用单主机加单天线的工作模式，具体工作流程如下图1所示：接收机通过单个天线接收卫星信号，经过射频信号处理、基带信号处理、导航数据处理形成导航数据。
2、现有接收机还有一部分采用双天线切换的工作模式，通过对比两天线的信号强弱，选择信号较强的天线进行工作，同一时刻的工作模式依然是单主机加单天线的模式，工作流程如下图2所示。
3、在接收机天线安装环境良好，无任何信号遮挡物的应用场合下，现有的单主机加单天线或者双天线切换的接收机能够满足正常定位需求，但在有信号遮挡的应用场合，单天线的工作模式对接收机的数据接收性能就有了较大影响，容易丢失掉被遮挡空域的卫星信号，从而造成定位失锁，进而影响接收机整体性能。
4、以舰船导航为例，在没有条件将接收机天线安装在船舱顶部的情况下，往往安装在左舷或右舷，这样天线在接收卫星信号时就存在如下两个问题：
①半天空接收卫星信号，信号有遮挡；
② BD的同步卫星分布在赤道以南的空域，有可能造成在特定航向时，接收机无法锁定信号。
综上所述，现有接收机的单主机加单天线或者双天线切换的工作模式在同一时刻都仅有一个天线在工作状态，那么在有信号遮挡的应用场合就存在无法接收整个空域信号的弊端。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于提供一种分布式卫星导航接收机。
本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种分布式卫星导航接收机，包括：第一套三频天线和第二套三频天线以及与第一套三频天线和第二套三频天线相连接的数据处理器；
第一套三频天线和数据处理器之间设有第一套射频通道和第一套基带处理装置；第二套三频天线和数据处理器之间设有第二套射频通道和第二套基带处理装置，且数据处理器又连接一外部数据接口。
优选的是，第一套三频天线和第二套三频天线为北斗一代接收频点S/北斗一代发射频点L/北斗二代接收频点BL三频天线。
优选的是，设有电池和电源管理单元，且电源管理单元与电池相连接，并连接一外接直流电源。
优选的是，还设有信息管理单元，与所述数据处理器相连接。
优选的是，所述数据处理器，用于进行无线电测定卫星业务RDSS/ 无线电导航卫星服务RNSS信号处理。
本实用新型主要是通过多个三频天线同时工作接收不同方向的卫星信号，经过射频通道进行下变频与放大，在基带信号层面进行融合，实现数据的互补，最后通过综合解算模块得到精度最佳的导航数据，具有很好的效果。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，以使得本实用新型的上述优点更加明确。
图1是现有技术的卫星导航接收机的流程示意图；
图2是现有技术的卫星导航接收机的流程示意图；
图3是本实用新型分布式卫星导航接收机的流程示意图；
图4是本实用新型分布式卫星导航接收机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进行详细地说明。
分布式卫星导航接收机采用单主机加多天线同时在线的工作模式，接收机的工作流程如下图3所示，其中，如图4所示，其包括：
第一套三频天线和第二套三频天线以及与第一套三频天线和第二套三频天线相连接的数据处理器；第一套三频天线和数据处理器之间设有第一套射频通道和第一套基带处理装置；第二套三频天线和数据处理器之间设有第二套射频通道和第二套基带处理装置，且数据处理器又连接一外部数据接口。
进一步地，优选的是，第一套三频天线和第二套三频天线为S/L/BD三频天线(北斗一代接收频点/北斗一代发射频点/北斗二代接收频点三频天线)。
进一步地，优选的是，设有电池和电源管理单元，且电源管理单元与电池相连接，并连接一外接直流电源。
进一步地，优选的是，还设有信息管理单元，与所述数据处理器相连接。
进一步地，优选的是，所述数据处理器，用于进行北斗BD的无线电测定卫星业务RDSS/无线电导航卫星服务RNSS信号处理。
其中，分布式卫星导航接收机主要是通过多个三频天线同时工作接收不同方向的卫星信号，经过射频通道进行下变频与放大，在基带信号层面进行融合，实现数据的互补，最后通过综合解算模块得到精度最佳的导航数据。具体包括三频天线单元、收发射频前端和频率综合器集成组件、扩频码解扩处理单元、数据信息处理、控制及接口单元、电源等部分。
各模块具体实现方案如下：
1、三频天线单元是分布式卫星导航接收机和卫星之间链路的无线接口，实现对卫星下行S频段信号的接收和对卫星上行L频段信号的发射。根据双天线北斗接收机的使用条件，我们将卫星天线波束在仰角方向的覆盖范围加大。
2、分布式卫星导航接收机的收发前端和频率综合器集成组件由收发滤波器、下行单元、上行单元和频率综合器，及监控电路组成。
其中，下行单元由低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)、中频滤波限幅放大器、正交分路器组成；上行单元由固态高功率放大器(HPA)、上变频器(U/C) 和BPSK调制器组成；频率综合器由数字锁相锁频综器和高稳参考源组成。
3、进入分布式卫星导航接收机扩频码解扩处理单元的信号是经过接收前端进行过正交分路接近于零的中频的i和q 两路信号。扩频码解扩处理单元对这两路信号进行解扩、解码、译码、校验，就可复原卫星转发来的电文(来自地面站的出站信号)。正交分路接近于零的中频的i和q 两路信号分别经A/D转换之后送给FPGA，由FPGA和DSP，通过其硬件和软件相结合, 共同实现分布式卫星导航接收机总体方案中伪码的捕获和跟踪、载波频率和相位的捕获跟踪、帧标志检测，信息的解调解扩，维特比译码和CRC校验。
4、数据信息处理、控制及接口单元的硬件, 主要应用DSP来实现，分布式卫星导航接收机内部采用高速串行总线接口技术，把对整机的控制任务和数据处理任务进行分工，使许多的控制线、数据线直接与总线I/O接口相连，并进行系统模化设计，可以减少接口芯片和芯片间的走线。这样，可以提高了整机的响应速度，为整机功能和任务的扩充留有余量。
5、分布式卫星导航接收机外部采用AC适配器转换为直流28V供电，内部采用28V的直流电源，同时内电池28V供电，按照GJB181-86标准，直流电源输入采用抑制尖峰、浪涌、过压和欠压保护，采用开关控制通断，设有熔断保护器；电磁兼容遵照CE102，CS101，CS106相关技术标准，采用EMI滤波处理，实现舰载设备和电源母线的隔离。为了采取有效措施减少固态功率放大器工作时对接收机的干扰，消除收发通道通过电源进行耦合，我们采用对发射机和接收机分开进行供电的方案。从直流电源到的双天线北斗接收机的工作直流电源，过选用适当的DC/DC变换器模块实现。
分布式卫星导航接收机的发明要点有以下几个方面：
1、分布式信号接收的设计思想，通过在多角度，多方位增加天线数量，多天线同时工作，保证对卫星信号的无盲点接收。
2、导航信号基带融合技术，对多天线所接收到的信号进行甄别与融合，剔除相同数据，如何互补数据，使得通道数据最大化。
1、由现有技术一节可知，在有信号遮挡的应用场合，现有接收机的单主机加单天线或者双天线切换的工作模式会降低接收机的信号接收性能指标,但分布式卫星导航接收机的工作模式对接收机的数据接收性能就有了较大改善，可通过多个分布式天线的位置上的布局，实现空域互补，从而增加可视卫星的颗数及信号的捕获成功率，进而提高接收机的整体性能。
2、以舰船导航、双天线分布接收为例，在没有条件将接收机天线安装在船舱顶部的情况下，我们可将分布式卫星导航接收机的两个天线根据舰船的行驶方向及卫星的分布状态进行合理的布局，实现空域互补，采用双天线同时工作，接收数据优选技术保证卫星多波束信号的连续稳定接收，进而能够进一步保证舰船导航的连续有效性。
综上所述，分布式卫星导航接收机的单主机加分布式多天线的工作模式，在有信号遮挡的应用场合能够弥补现有接收机在卫星信号接收方面的缺陷，能够提高接收机本身的性能指标。
上图4是分布式卫星导航接收机总体方案基本工作原理框图，采用分布式多天线技术改善用户机监收BD卫星，实现10波束信道的监收处理；增加RNSS定位处理，实现BD卫星定位功能；具有标准以太网和串口数据通信接口；供电电源采用内电池与外电源双供电；与舰载数据设备、显控和其他分系统之间的控制指令、通信信息、定位信息、授时信息等各种信息的I/O接口进行协调和适配性设计。
在具体的结构设计上，整个分布式卫星导航接收机由多个天线和一个主机两部分组成。
其中，本系统使用复合天线，采用单独一个射频接口，实现S/L频段和天线有源电路供电的合并，考虑用户安装的具体需要，做到使用简捷、方便、可靠，用软电缆连接到主机。
主机是舰载用户设备的主机部分，采用标准机箱结构形式，突出可靠、方便、实用的原则，经充分的论证和分析，对接口布局、外形、接口定义、固定安装方式进行了精细的设计。
并且，主机的人机交互主要位于前后面板，前面板为主机的接口区，这里的接口包括：射频连接端口，舰载设备/电源连接端口，显控数据连接端口，共有3个接头；接口板上还具有一组状态灯显示，分别显示“加电”、“接收波束”和“发射”可以直观判断设备工作状态。
以舰船导航，双天线同时工作为例，在没有条件将接收机天线安装在船舱顶部的情况下，因BD的同步卫星分布在赤道以南的空域，假设舰船行驶方向为由北向南方向，为分布式卫星导航接收机连接相应上位机后我们可看到当前工作模式下的的卫星捕获情况。以三种接收机工作模式来说明分布式卫星导航接收机的优势：
1、采用现有接收机的工作模式，单主机加单天线，因天线无法安装在船舱顶部，故将单天线安装于船舱西侧面，相应的上位机显示接收机仅能接收到西面四颗卫星的信息，导航过程中很容易失锁。
2、采用现有接收机的工作模式，双天线切换工作模式，因天线无法安装在船舱顶部，根据舰船的行驶方向及卫星的分布状态进行布局，将两个天线分别安装于船舱东侧面与西侧面，选择天线信号较好的东侧面天线进行卫星信号接收，单天线仅能接收到东面六颗卫星的信息，效果明显好于单主机加单天线的工作模式，但是卫星信号捕捉方面仍然存在缺陷。
3、采用分布式卫星导航接收机的工作模式，单主机加双天线同时工作，根据舰船的行驶方向及卫星的分布状态进行合理的布局，将两个天线分别安装于船舱东侧面与西侧面，两个天线同时接收卫星信号后经过数据模块处理就可以在信号有遮挡的环境下接收到全天空的卫星信息，对比之前的两个示例则发现双天线同时捕获的工作模式极大的提高了接收机的性能。
由以上三个示例可知，在接收机天线安装环境受限时，分布式卫星导航接收机能够很好的适应环境，极大的提高接收机的卫星接收性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种分布式卫星导航接收机，其特征在于，包括：第一套三频天线和第二套三频天线以及与第一套三频天线和第二套三频天线相连接的数据处理器；
第一套三频天线和数据处理器之间设有第一套射频通道和第一套基带处理装置；第二套三频天线和数据处理器之间设有第二套射频通道和第二套基带处理装置，且数据处理器又连接一外部数据接口。
2.根据权利要求1所述的分布式卫星导航接收机，其特征在于，第一套三频天线和第二套三频天线为北斗一代接收频点S/北斗一代发射频点L/北斗二代接收频点BL三频天线。
3.根据权利要求1或2所述的分布式卫星导航接收机，其特征在于，设有电池和电源管理单元，且电源管理单元与电池相连接，并连接一外接直流电源。
4.根据权利要求1或2所述的分布式卫星导航接收机，其特征在于，还设有信息管理单元，与所述数据处理器相连接。
5.根据权利要求1或2所述的分布式卫星导航接收机，其特征在于，所述数据处理器，用于进行无线电测定卫星业务RDSS/无线电导航卫星服务RNSS信号处理。
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