CN208384102U - 一种应用于黑匣子的北斗信标设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种北斗信标设备包括两个天线单元、射频单元、信号与信息处理单元、对外连接器和电源单元，所述信号与信息处理单元通过对外连接器与电源单元连接，所述天线单元通过射频单元与信号与信息处理单元相连，所述射频单元包括B1/L1低噪放大器、S低噪放大器、L功率放大器、RDSS收发信道芯片、B1/L1信道芯片、时钟电路及射频切换电路；实现了射频收发机的小型化，降低了功耗和成本。

Description

一种应用于黑匣子的北斗信标设备

技术领域

本实用新型涉及通信卫星技术领域，尤其涉及一种应用于黑匣子的北斗信标设备。

背景技术

根据GJB 2414-95《航空救生电台通用规范》，当搜救飞机飞行高度在3000米时，信标作用距离为150公里。由于信标发射功率小，一般在几百毫瓦，而且环境无线电干扰大，实际作用距离和测向精度不高。为了克服无线电示标位技术的缺陷，由加拿大、法国、美国和前苏联联合开发的全球性卫星搜救系统(COSPAS/SARSAT)取代了无线电示标位技术，成为了国际海事卫星组织推行的全球海上遇险与安全系统的重要组成部分。该系统使用低高度卫星为全球包括极区在内的海上、陆上和空中提高遇险报警及定位服务，以使遇险者得到及时有效的救助。COSPAS-SARSAT全球卫星搜救系统已成功应用于世界范围内大量的遇险搜救行动中。然而，由于该系统的卫星轨道较低(850km-l000km)，单颗卫星覆盖地球的面积比地球同步静止卫星小，因而在目前六颗卫星工作的情况下，对遇险目标来说存在着一定的等待时间，尤其是在靠近赤道地区两颗卫星飞越同一地区的时间间隔最长可达1.5小时。虽然近些年有地球静止轨道卫星的加入，使得该卫星系统显著提高了搜救反应时间，但是，该系统由国外控制，其特有的加密模式不对我国开放，不适合我国的救生定位和军事用途。为了建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的导航系统，促进卫星导航产业链形成，完善国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用，自主研制全球卫星定位与通信系统势在必行。2012年12月27日，由我国自主研发的北斗卫星导航系统正式对亚太地区提供无源定位、导航和授时服务。因此，基于北斗卫星导航系统充分利用现有COSPAS-SARSAT系统架构优势，自主研发新一代搜救系统已经一切就绪。新一代搜救系统能提高搜救效率，加强军事民用用途安全性。需要实现黑匣子北斗信标设备的小型化、低功耗、兼容性及环境适应性，形成以北斗导航定位及通信为主，兼容ADS-B等通信设备的黑匣子信标系统，为航空飞行器，特别是通用航空飞行器提供应信标定位服务。

实用新型内容

鉴于目前存在的上述不足，本实用新型提供一种应用于黑匣子的北斗信标设备，使用双天线接收卫星信号，从而保证其中一个天线在信号被遮挡情况下，用户机能切换另外一个天线工作并进行RDSS正常短报文位置报告收发操作。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种应用于黑匣子的北斗信标设备，所述北斗信标设备包括两个天线单元、射频单元、信号与信息处理单元、对外连接器和电源单元，所述信号与信息处理单元通过对外连接器与电源单元连接，所述天线单元通过射频单元与信号与信息处理单元相连，所述射频单元包括B1/L1低噪放大器、S低噪放大器、L功率放大器、RDSS收发信道芯片、B1/L1信道芯片、时钟电路及射频切换电路。

依照本实用新型的一个方面，所述天线单元包括RNSS B1/L1天线单元、RDSS接收S天线单元以及RDSS发射L天线单元，所述RDSS接收S天线单元经S低噪放大器与RDSS收发信道相连，所述RDSS发射L天线单元通过L功率放大器与RDSS收发信道相连。

依照本实用新型的一个方面，所述RNSS B1/L1天线单元通过B1/L1低噪放大器与B1/L1信道芯片相连。

依照本实用新型的一个方面，所述B1/L1低噪放大器采用两级放大级间加入滤波器。

依照本实用新型的一个方面，所述S低噪放大器采用两级放大级间加入滤波器。

依照本实用新型的一个方面，所述L功率放大器包括依次相连的衰减器、驱动放大器、滤波器、放大器和隔离器。

本实用新型实施的优点：支持北斗二号B1/GPSL1两种定位模式，与以往用户机最大的不同在于使用双天线接收卫星信号，从而保证其中一个天线在信号被遮挡情况下，用户机能切换另外一个天线工作并进行RDSS正常短报文位置报告收发操作。北斗信标设备采用双前端射频设计，即L和S采用两个相同功放和低噪放连接至主板，信号信息处理单元通过两个天线接收信号质量的比对来控制射频开关切换至相应的通道。因设备体积要求比较小，故选择基带处理及解算模块采用振芯科技的导航处理芯片实现，该芯片体积小、集成度高、电源性能优越，完全满足本项目的需求。RDSS收发信道采用RX3006C芯片实现，模块将S波段的的下行信号变频到12.24MHz的中频信号，可以输出模拟和数字中频信号，同时也可以发送L波段的上行信号从而实现短报文功能。芯片接收通道集成了LNA、MIXER、GmC带通滤波器、PGA、AGC以及ADC等电路，发送通道集成了GmC低通滤波器、MIXER、PGA以及PA等电路，同时芯片内部也集成了频率综合器以及VCO电路，提供通道所需的本振信号，在同一块芯片上实现了北斗一代信号的接收和发送，实现了射频收发机的小型化，降低了功耗和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的用于黑匣子的北斗信标设备示意图；

图2为本实用新型所述的B1/L1低噪放大器示意图；

图3为本实用新型所述的S低噪放大器示意图；

图4为本实用新型所述的L功率放大器示意图；

图5为本实用新型所述的RDSS收发信道芯片原理图；

图6为本实用新型所述的B1/L1信道芯片原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种应用于黑匣子的北斗信标设备，所述北斗信标设备包括两个天线单元1、射频单元2、信号与信息处理单元3、对外连接器4和电源单元5，所述信号与信息处理单元通过对外连接器与电源单元连接，所述天线单元通过射频单元与信号与信息处理单元相连，所述射频单元包括B1/L1低噪放大器21、S低噪放大器22、L功率放大器23、RDSS收发信道芯片24、B1/L1信道芯片25、时钟电路及射频切换电路。

在实际应用中，所述天线单元包括RNSS B1/L1天线单元11、RDSS接收S天线单元12以及RDSS发射L天线单元13，所述RDSS接收S天线单元经S低噪放大器与RDSS收发信道相连，所述RDSS发射L天线单元通过L功率放大器与RDSS收发信道相连。

在实际应用中，所述RNSS B1/L1天线单元通过B1/L1低噪放大器与B1/L1信道芯片相连。

在实际应用中，所述B1/L1低噪放大器采用两级放大级间加入滤波器。

在实际应用中，所述S低噪放大器采用两级放大级间加入滤波器。

在实际应用中，所述L功率放大器包括依次相连的衰减器、驱动放大器、滤波器、放大器和隔离器。

在实际应用中，北斗信标设备支持北斗二号B1/GPSL1两种定位模式，与以往用户机最大的不同在于使用双天线接收卫星信号，从而保证其中一个天线在信号被遮挡情况下，用户机能切换另外一个天线工作并进行RDSS正常短报文位置报告收发操作。

如图1所示，北斗信标设备采用双前端射频设计，即L和S采用两个相同功放和低噪放连接至主板，信号信息处理单元通过两个天线接收信号质量的比对来控制射频开关切换至相应的通道。

因设备体积要求比较小，故选择基带处理及解算模块采用振芯科技的导航处理芯片实现，该芯片体积小、集成度高、电源性能优越，完全满足本项目的需求。

RDSS收发信道采用RX3006C芯片实现，模块将S波段的的下行信号变频到12.24MHz的中频信号，可以输出模拟和数字中频信号，同时也可以发送L波段的上行信号从而实现短报文功能。芯片接收通道集成了LNA、MIXER、GmC带通滤波器、PGA、AGC以及ADC等电路，发送通道集成了GmC低通滤波器、MIXER、PGA以及PA等电路，同时芯片内部也集成了频率综合器以及VCO电路，提供通道所需的本振信号，在同一块芯片上实现了北斗一代信号的接收和发送，实现了射频收发机的小型化，降低了功耗和成本。

B1接收信道采用GM4622实现B1频点和L1频点射频信号的放大、滤波以及下变频处理，可以通过管脚配置实现B1频点和L1频点信号的切换。

天线单元指天线中的无源天线部分，包括RNSS B1/L1天线单元、RDSS接收S天线单元以及RDSS发射L天线单元。

(1)技术指标

1)B1/L1天线单元技术指标

工作频率和带宽：

L1/B1：1575.42±1.023MHz/1561.098±2.046MHz

增益：

≥-6dBi(仰角≥10°，方位0～360°)

≥-1dBi(仰角≥30°，方位0～360°)

VSWR：≤1.5(50欧姆)；

极化方式：右旋圆极化。

2)S天线单元技术指标

工作频率：2491.75MHz±4.08MHz

增益：

≥-3dBi(仰角≥10°，方位0～360°)

≥2dBi(仰角≥30°，方位0～360°)

VSWR：≤2(50欧姆)

极化：右旋圆极化。

3)L天线单元技术指标

工作频率：1615.68MHz±4.08MHz

增益：

≥-4dBi(仰角≥10°，方位0～360°)

≥0dBi(仰角≥30°，方位0～360°)

VSWR：≤2(50欧姆)

极化：左旋圆极化。

北斗信标设备采用双天线结构，射频单元接收链路采用双路独立天线射频信号处理方式，可同时接收双路B1频点信号及S频点信号，发射链路采用双路独立功放控制，在应用中使用软件进行功放链路的智能选择与切换。

射频单元包括B1/L1低噪放、S低噪放及L功放，RDSS收发信道、B1信道、时钟电路及相应的射频切换电路。

根据实际使用情况下仿真计算，B1/L1和S低噪放增益设计为35dB，低噪放输出信号直接进入信道链路，低噪板采用两级放大，级间加入滤波器。L功放选用5W功放，输入前加入驱动放大及滤波以满足功放输入要求。

1)B1/L1低噪声放大器

带内增益：GAIN≥35dB；

噪声系数：NF≤2dB；

输入输出驻波：SWR≤2。

2)S低噪声放大器

带内增益：GAIN≥30dB；

噪声系数：NF≤2.0dB；

输入输出驻波：SWR≤2。

3)L功率放大器

输出功率：Pout≥37dBm(Pin＝-5dBm)。

输入输出驻波：SWR≤2。

RDSS收发信道由RX3603实现，模块将S波段的的下行信号变频到12.24MHz的中频信号，可以输出模拟和数字中频信号，同时也可以发送L波段的上行信号从而实现短报文功能。芯片接收通道集成了LNA、MIXER、GmC带通滤波器、PGA、AGC以及ADC等电路，发送通道集成了GmC低通滤波器、MIXER、PGA以及PA等电路，同时芯片内部也集成了频率综合器以及VCO电路，提供通道所需的本振信号，在同一块芯片上实现了北斗RDSS接收和发送，实现了射频收发机的小型化，降低了功耗和成本。

芯片采用3.3V/1.2V供电，接收通道除了BPF、PGA数字信号驱动为3.3V外，其余为1.2V供电。1.2V电源可由芯片自带的LDO供电，也可以由外部供电。芯片可以实现50dB的干信比，输出2/4bit可选的数字中频，芯片输出的参考时钟为50MHz。

B1/L1信道采用振芯科技的GM4622实现，模块将B1频点和L1频点射频信号的放大、滤波以及下变频处理，可以通过管脚配置实现B1频点和L1频点信号的切换或同时接收。

GM4622采用一次下变频架构实现，包含完全独立的两个通道，其中一个通道支持BD2-B3频点信号，另一个通道支持BD2-B1或GPS-L1频点信号，射频信号单端输入，并提供差分模拟中频输出和数字中频输出两种方式。每个通道均集成了LNA、Mixer、VCO、Filter、PGA、ADC、LDO等模块，并且单独供电，需要时可完全关闭其中一个通道以降低功耗。

其主要特征为：

1)双通道架构，分别支持BD2-B3频点信号和BD2-B1/GPS-L1频点信号；

2)支持单通道工作模式以降低功耗；

3)采用10MHz参考时钟输入；

4)输出62MHz采样时钟，并支持外部采样时钟输入；

5)BD2-B3中频信号频率为15.48MHz，BD2-B1/GPS-L1中频信号频率为15.902MHz；

6)高度集成(无需外部环路滤波器，中频滤波器)，片外只需少量无源器件即可工作；

7)支持模拟中频及2/4位数字中频输出；

8)具有高线性度特点(OIP3≥15dBm@Gain＝50dB VGA模式)；

9)支持固定增益模式或内部AGC模式，内部AGC动态范围≥40dB；

10)提供SPI接口进行芯片配置；

11)支持3.3/1.2V电源供电，也可通过内部LDO实现单3.3V电源供电；

12)双通道同时工作最大电流小于85mA。

因设备体积要求比较小，故基带处理采用GM4674芯片实现，该芯片体积小、集成度高、电源性能优越，完全满足本项目的需求。

GM4674主要功能特点如下：

1)支持BD2-B3和BD2-B1频点IQ支路信号，同时支持GPS-L1、GLONASS-L1频点信号，实现单系统定位和多系统联合定位。

2)支持64个跟踪通道，其中支持RNSS Q支路通道数为32个，支持I支路通道数为32个，可任意配置接收信号类型。

3)支持RDSS短报文功能和指挥功能，RDSS通道数为10个，兼收用户数不少于500个。

4)支持BD2-B3和BD2-B1频点军用信号军码直捕。

5)BD2-B3、BD2-B1和RDSS-S频点具备窄带抗干扰功能。

6)可通过不同固件版本支持高灵敏度应用和高动态应用。

7)芯片提供灵活的电源管理功能，支持多种灵活有效的省电模式。

8)提供数据输入输出接口：支持定位测速结果输出，支持伪距和载波相位原始观测量输出；支持惯导信息输入以实现动态场景或干扰环境下惯导对卫导跟踪环路的辅助，支持其他类型辅助和增强信息输入。

9)原始观测量输出频度可配置；高动态工作模式下，最高频度不低于100Hz。

10)定位测速结果输出频度可配置；高动态模式下，最高频度不低于20Hz。

11)支持接收机自主完好性检测。

12)支持北斗广域差分和局域差分。

13)提供UART、SPI、I2C、IC、PWM、GPIO、SDRAM等丰富的外设接口。

主要性能指标

1)时间特性

冷启动≤2分钟(军码直捕，时间不确定度±1s)

热启动≤10秒(军码直捕，正常定位后关机半个小时以内开机)

重捕获时间≤2秒(军码直捕，信号中断30s)

RDSS-S首次捕获时间≤2秒

2)定位及测速精度

水平：优于10m；垂直：优于10m；(95％)

测速精度：优于0.2m/s(95％)。

北斗信标设备基带处理均采用专用芯片实现，芯片内部软件直接采用通用软件，故北斗信标设备需在通用软件基础上增加软件插件。

软件实现的主要功能如下：

1)不同工作模式下的位置上报功能

通过基带模块串口，接收解析当前用户机的位置信息，按指定格式打包后通过RDSS电文发送至指挥机。在不同的工作模式下，选择接收RDSS或B1/L1的位置信息，以及监控对外IO口状态实现不同定位模式的切换。

2)天线切换

接收基带模块串口输出的功率状况命令，判断当前RDSS的接收信号质量是否到达预设值，若未达到，则通过相应的GPIO引脚控制射频开关切换到到另外一路天线射频。

3)数据/命令转发

接收外部计算机串口数据并向基带模块转发，同时将基带模块的数据根据需要对外转发。

4)设备配置

接收对外串口或RDSS模块串口的设备配置命令，或者读取设备管脚，控制设备工作参数。

5)状态查询

接收对外串口的状态查询命令，返回设备相关状态信息。

本实用新型实施的优点：支持北斗二号B1/GPSL1两种定位模式，与以往用户机最大的不同在于使用双天线接收卫星信号，从而保证其中一个天线在信号被遮挡情况下，用户机能切换另外一个天线工作并进行RDSS正常短报文位置报告收发操作。北斗信标设备采用双前端射频设计，即L和S采用两个相同功放和低噪放连接至主板，信号信息处理单元通过两个天线接收信号质量的比对来控制射频开关切换至相应的通道。因设备体积要求比较小，故选择基带处理及解算模块采用振芯科技的导航处理芯片实现，该芯片体积小、集成度高、电源性能优越，完全满足本项目的需求。RDSS收发信道采用RX3006C芯片实现，模块将S波段的的下行信号变频到12.24MHz的中频信号，可以输出模拟和数字中频信号，同时也可以发送L波段的上行信号从而实现短报文功能。芯片接收通道集成了LNA、MIXER、GmC带通滤波器、PGA、AGC以及ADC等电路，发送通道集成了GmC低通滤波器、MIXER、PGA以及PA等电路，同时芯片内部也集成了频率综合器以及VCO电路，提供通道所需的本振信号，在同一块芯片上实现了北斗一代信号的接收和发送，实现了射频收发机的小型化，降低了功耗和成本。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种应用于黑匣子的北斗信标设备，其特征在于，所述北斗信标设备包括两个天线单元、射频单元、信号与信息处理单元、对外连接器和电源单元，所述信号与信息处理单元通过对外连接器与电源单元连接，所述天线单元通过射频单元与信号与信息处理单元相连，所述射频单元包括B1/L1低噪放大器、S低噪放大器、L功率放大器、RDSS收发信道芯片、B1/L1信道芯片、时钟电路及射频切换电路。

2.根据权利要求1所述的应用于黑匣子的北斗信标设备，其特征在于，所述天线单元包括RNSS B1/L1天线单元、RDSS接收S天线单元以及RDSS发射L天线单元，所述RDSS接收S天线单元经S低噪放大器与RDSS收发信道相连，所述RDSS发射L天线单元通过L功率放大器与RDSS收发信道相连。

3.根据权利要求2所述的应用于黑匣子的北斗信标设备，其特征在于，所述RNSS B1/L1天线单元通过B1/L1低噪放大器与B1/L1信道芯片相连。

4.根据权利要求1所述的应用于黑匣子的北斗信标设备，其特征在于，所述B1/L1低噪放大器采用两级放大级间加入滤波器。

5.根据权利要求1所述的应用于黑匣子的北斗信标设备，其特征在于，所述S低噪放大器采用两级放大级间加入滤波器。

6.根据权利要求1所述的应用于黑匣子的北斗信标设备，其特征在于，所述L功率放大器包括依次相连的衰减器、驱动放大器、滤波器、放大器和隔离器。