CN220107974U - 一种具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置，包括入站/发射信号产生模块，入站/发射信号产生模块包括频率字转换器，频率字转换器输出端分别连接入站伪码产生器和中频载波产生器，入站伪码产生器输出端连接有入站电文产生器，中频载波产生器输出端和入站电文产生器输出端连接BPSK调制器；BPSK调制器输出端连接数模转换器；数模转换器输出端连接带通滤波器；带通滤波器连接上变频发射通道单元。采用本实用新型技术方案在速度小于等于2500m/s，加速度小于等于60m/s2，加加速度小于等于80m/s3的情况下工作正常，收发成功率满足大于等于95％的指标要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星通讯技术领域，尤其涉及一种具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置。
背景技术
北斗卫星导航系统除了可以为各种军用飞机、车辆和舰船提供定位服务外，依托于北斗卫星定位终端与北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向信息传递的特点，北斗卫星导航系统还可实现短报文功能，即在用户与用户之间、用户与中心控制系统之间实现简短数字报文通信，北斗短报文功能是区别与其他卫星导航的独特功能，是北斗一大重要的技术优势，在诸多方面有意义重大的作用，对北斗的发展也有着重要的影响。
北斗短报文功能在国防、民生、应急救援等领域具有很强的应用价值，当出现移动通信终端、电力中断或者移动通信无法覆盖北斗终端的情况下可以使用短消息进行通信、定位信息和遥感信息等，该技术应用于紧急救援、远程语音调度指挥、海上和控制接触、保密通信、海上救生等场景。
参考图1，现有的短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站；地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户；用户接收机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。与定位功能相似，短报文通讯的传输时延约0.5秒，通讯的最高频度也是1秒1次。对于载体高动态运动条件下的短报文收发机，在进行对卫星的信号发射时，由于短报文收发机发射天线相对于卫星上接收天线的多普勒效应，导致最终地面站接收到的短报文收发机输出信号(入站信号)的多普勒频率偏移过大，超出了地面站用户接收机的多普勒搜索范围，导致接收失败(入站失败)。因此目前常规动态的用户接收机，一般采取的信号产生方式无法适应高动态下的信号多普勒频移问题。
实用新型内容
本实用新型为解决上述问题，提供一种具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置，实现高动态条件下的短报文收发功能。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置包括入站/发射信号产生模块，入站/发射信号产生模块包括频率字转换器，频率字转换器输出端分别连接入站伪码产生器和中频载波产生器，入站伪码产生器输出端连接有入站电文产生器，中频载波产生器输出端和入站电文产生器输出端连接异或运算器，中频载波产生器输出端和异或运算器输出端连接BPSK调制器；BPSK调制器输出端连接数模转换器；数模转换器输出端连接带通滤波器；带通滤波器连接上变频发射通道单元；
频率字转换器用于将码多普勒补偿值、载波多普勒频率补偿值转换为对应的码多普勒频率字和载波多普勒频率字；
入站伪码产生器包括码数控振荡器和码产生器；码数控振荡器用于产生码时钟信号，码产生器用于产生伪码序列；
入站中频载波产生器包括发射中频数控振荡器；发射中频数控振荡器用于得到发射中频信号；
BPSK调制器利用入站伪码产生器产生的发射伪码序列对发射中频载波产生器产生的发射中频信号进行BPSK调制；
数模转换器将BPSK调制器输出的带有BPSK调制的中频信号进行数/模转换，并采用带通滤波器进行带通滤波；
上变频发射通道单元将数模转换器输出的模拟中频信号处理后的信号送给发射天线向外发射。
上述具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置中，上变频发射通道单元包括上变频器、滤波器和功放器；上变频发射通道单元将数模转换器输出的模拟中频信号分别采用上变频器、滤波器和功放器进行上变频、滤波和功率放大，最后将处理后的信号送给发射天线向外发射。
上述具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置中，入站电文产生器包括分频器，分频器将码数控振荡器得到的码时钟信号处理后得到入站信息电文；码数控振荡器的输出端和分频器的输出端分别连接异或运算器，异或运算器将入站信息电文和发射伪码序列进行处理后发送给BPSK调制器。
上述具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置中，码时钟基准频率字的对应频率为4.08MHz
上述具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置中，分频器采用255以下分频器。
采用本实用新型的产生的有益效果为：
采用本实用新型技术方案在速度小于等于2500m/s，加速度小于等于60m/s2，加加速度小于等于80m/s3的情况下工作正常，收发成功率满足大于等于95％的指标要求。
附图说明
图1为现有接收机结构原理示意图；
图2为本实用新型结构原理示意图。
图中：
1—频率字转换器；2—入站伪码产生器；201—码数控振荡器；202—码产生器；3—入站中频载波产生器；301—发射中频数控振荡器；4—BPSK调制器；5—数模转换器；6—上变频发射通道单元；601—上变频器；602—滤波器；603—功放器；7—入站电文产生器；702—分频器；8—异或运算器；9—带通滤波器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
RDSS(卫星无线电测定业务(RadioDeterminationSatellite Service))卫星导航信号下行为波段，体制；上行为L波段，体制。上下行波段都采用卷积编码、码分多址体制，通信具有良好隐蔽性和抗干扰性。用户接收机接收到导航卫星转发信号后，通过射频通道滤波、放大、变频，将采样后的数字信号送给基带信号处理单元，其中伪码快捕模块对路下行信号进行搜索、捕获，并将捕获后的伪码相位和多谱勒估计值送给载波跟踪环和伪码跟踪环进行跟踪锁定。在环路锁定后，对支路的信息进行解扩、解调，再生支路信息，并进行数据帧头检测提取。完成解扩解调与卷积码译码。最后将再生得到的数据信息送给信息处理单元，完成解密处理，信息处理单元按照通信协议读取、分发地面控制中心支路通播信息，执行地面控制中心命令，显示接收到的信息。同时通过支路得到Q支路的扩频伪码初相位，通过数据位同步、伪码时钟控制得到Q路伪码，对Q支路进行解扩、解调与卷积码译码，再进行信息解密，得到Q支路信息。
用户接收机发送给地面中心站的信号载频与用户接收机接收到的伪码时钟相参，发射载波频率，调制方式为BPSK，用户接收机需要发送的信息按照规定的通信协议格式在信息处理单元异步准备好，当有信息需要发送时，用户接收机信号处理单元利用接收到的前帧标志脉冲、位同步脉冲和发射指令，进行共同控制，按照通信协议规定填充通信帧号及其它信息，形成入站通信帧格式，并经过入站信息加密、卷积码编码、扩频等过程，形成待发送比特数据，等待自动发送同步时刻到来。RDSS(北斗短报文)发送采用突发工作方式，发射机功放模块仅在发送时工作。
为了适应高动态下的信号多普勒频移，本实用新型的入站/发射信号产生方式参考图2所示，本实用新型包括但不限于入站/发射信号产生模块，入站/发射信号产生模块包括频率字转换器1、入站伪码产生器2、中频载波产生器3、BPSK调制器4、数模转换器(DAC)5和上变频发射通道单元6。
频率字转换器1输出端分别连接入站伪码产生器2和中频载波产生器3，入站伪码产生器2输出端连接有入站电文产生器7，中频载波产生器3输出端和入站电文产生器7输出端连接异或运算器8，中频载波产生器3输出端和异或运算器8输出端连接BPSK调制器4；BPSK调制器4输出端连接数模转换器5；数模转换器5输出端连接带通滤波器9；带通滤波器9连接上变频发射通道单元6；
频率字转换器1根据接收通道测量得到的出站信号的多普勒频率值，计算得到发射信号的码多普勒补偿值、载波多普勒频率补偿值，并将其转换为相应的频率控制字——码多普勒频率字和载波多普勒频率字。
数控振荡器(NCO)是卫星导航接收机捕获与跟踪模块的重要组成部分。在捕获阶段，接收机根据预先设定好的信号搜索捕获策略直接控制与调节载波NCO和码NCO，使它们夫指出与搜索空间相对应的载波和码信号。码NCO的具体作用是产生码时钟信号并送入码发生器，使其产生本地码与接收信号相乘来剥离接收信号中的伪码。入站伪码产生器2包括码数控振荡器(码NCO)201和码产生器202；入站伪码产生器2根据频率字转换器1给出的码多普勒频率字，加上4.08MHz对应的码时钟基准频率字，得到发射多普勒频率补偿后的码时钟频率字并送给码NCO201，码NCO201处理得到码时钟信号发送给码产生器202，码产生器202利用该码时钟信号产生发射伪码序列。
入站中频载波产生器3包括发射中频载波数控振荡器(发射中频载波NCO)301；中频载波产生器3根据频率字转换器1给出的载波多普勒频率字(载波多普勒频率补偿值)，加上中频频率对应的频率字，得到发射多普勒频率补偿后的中频信号频率字，送给发射中频载波NCO301，发射中频载波NCO301利用发射多普勒频率补偿后的中频信号频率字得到发射中频信号；
BPSK(BinaryPhaseShiftKeying二进制相移键控)是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。采用的是BPSK调制器4作为模数转换器。在数字域内，BPSK调制器4利用入站伪码产生器2产生的发射伪码序列(调制有电文信息)对入站中频载波产生器3产生的发射中频信号进行BPSK调制。
带通滤波器(band-passfilter)是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。DAC5将BPSK调制器4输出的带有BPSK调制的中频信号进行数/模转换，并采用带通滤波器9进行带通滤波，得到连续的模拟中频信号。
上变频发射通道单元6包括上变频器601、滤波器602和功放器603。上变频发射通道单元6将数模转换器5输出的模拟中频信号分别采用上变频器601；滤波器602；功放器603进行上变频、滤波和功率放大，最后将处理后的信号送给发射天线向外发射。
XOR运算(异或运算)用来判断两个值是否不同。异或运算器(XOR)8是用来排队判断两个值是否不同的设备。本实用新型还包括入站电文产生器7，入站电文产生器7包括分频器702，分频器702将码NCO 201得到的码时钟信号处理后得到入站信息电文；码NCO201的输出端和分频器702的输出端分别连接异或运算器8，异或运算器8将入站信息电文和发射伪码序列进行处理后发送给BPSK调制器4。
分频器702采用255以下分频器即可满足需求。
通过以上的优化设计，本实用新型在高动态情况下可以稳定的完成出入站通信。
本实用新型已在多个弹载短报文设备中使用，并已通过各种环境试验、试飞验证，应用本实用新型的短报文设备性能在速度小于等于2500m/s，加速度小于等于60m/s2，加加速度小于等于80m/s3的情况下工作正常，收发成功率满足大于等于95％的指标要求。
以上内容是结合具体实施例对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于此。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (4)
1.一种具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置，其特征在于：包括入站/发射信号产生模块，入站/发射信号产生模块包括频率字转换器(1)，频率字转换器(1)输出端分别连接入站伪码产生器(2)和中频载波产生器(3)，入站伪码产生器(2)输出端连接有入站电文产生器(7)，中频载波产生器(3)输出端和入站电文产生器(7)输出端连接异或运算器(8)，中频载波产生器(3)输出端和异或运算器(8)输出端连接BPSK调制器(4)；BPSK调制器(4)输出端连接数模转换器(5)；数模转换器(5)输出端连接带通滤波器(9)；带通滤波器(9)连接上变频发射通道单元(6)；
频率字转换器(1)用于将码多普勒补偿值、载波多普勒频率补偿值转换为对应的码多普勒频率字和载波多普勒频率字；
入站伪码产生器(2)包括码数控振荡器(201)和码产生器(202)；码数控振荡器(201)用于产生码时钟信号，码产生器(202)用于产生伪码序列；
入站中频载波产生器(3)包括发射中频数控振荡器(301)；发射中频数控振荡器(301)用于得到发射中频信号；
BPSK调制器(4)利用入站伪码产生器(2)产生的发射伪码序列对发射中频载波产生器(3)产生的发射中频信号进行BPSK调制；
数模转换器(5)将BPSK调制器(4)输出的带有BPSK调制的中频信号进行数/模转换，并采用带通滤波器(9)进行带通滤波；
上变频发射通道单元(6)将数模转换器(5)输出的模拟中频信号处理后的信号送给发射天线向外发射。
2.根据权利要求1所述的具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置，其特征在于：上变频发射通道单元(6)包括上变频器(601)、滤波器(602)和功放器(603)；上变频发射通道单元(6)将数模转换器(5)输出的模拟中频信号分别采用上变频器(601)、滤波器(602)和功放器(603)进行上变频、滤波和功率放大，最后将处理后的信号送给发射天线向外发射。
3.根据权利要求1所述的具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置，其特征在于：入站电文产生器(7)包括分频器(702)，分频器(702)将码数控振荡器(201)得到的码时钟信号处理后得到入站信息电文；码数控振荡器(201)的输出端和分频器(702)的输出端分别连接异或运算器(8)，异或运算器(8)将入站信息电文和发射伪码序列进行处理后发送给BPSK调制器(4)。
4.根据权利要求3所述的具有高动态补偿功能的北斗短报文收发装置，其特征在于：分频器(702)采用255以下分频器。
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