一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及北斗导航技术领域，尤其涉及一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统。


背景技术：

[0002]
北斗卫星导航接收设备通常通过接收北斗卫星信号获取导航星历和历书后实现定位解算。导航星历用于定位计算，历书用于接收设备快速捕获卫星以及预报卫星位置。导航星历的有效性一般为4小时，历书的有效期一般为半年。由于水下航行器用来进行位置校正的定位浮标和武器系统中的北斗卫星导航定位模块长时间处于存储状态，在投入使用后，通常要对导航星历和历书进行更新，方能定位输出。从上电到输出定位结果往往需要数分钟的时间。作战时，若卫星导航民用信号被敌方干扰，北斗卫星导航定位模块只能通过对军用信号进行捕获和跟踪以完成定位。这样，完成首次定位所需的时间会更长。对于精确制导武器和水下航行器位置校正来说，首次定位时间的延长，将会影响武器效能的发挥和增加水下航行器的暴露风险。因此，有必要在定位浮标和武器使用之前对其中的北斗卫星导航定位模块进行人工初始化,以缩短定位时间，充分发挥武器效能和降低水下航行器暴露风险。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中为提高北斗卫星导航定位模块的首次快速定位能力，提供一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统，对系统发射模块中各电路单元的频率和电平进行了分析和规划，采用基于fpga+arm的架构实现，通过事先人工加注历书和星历，能有效缩短北斗卫星导航定位模块的首次定位时间。
[0004]
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]
一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统，包含接收功能模块、发射信号生成模块、专用发射天线模块和用户卫星导航定位模块；所述发射信号生成模块包含中频数字信号生成模块、第一dac模块、第一低通滤波模块、第二dac模块、第二低通滤波模块、osc模块、第一pll b1频点、第二pll b2频点、第一变频器、第二变频器、b1频点滤波器、b2频点滤波器、合路器、衰减器、天线；所述中频数字信号生成模块、第一dac模块、第一低通滤波模块、第一变频器、b1频点滤波器、合路器、衰减器、天线依次顺序连接，所述中频数字信号生成模块依次经过第二dac模块、第二低通滤波模块、第二变频器、b2频点滤波器连接合路器，所述中频数字信号生成模块依次通过osc模块、pll b1频点连接第一变频器，所述osc 模块通过pll b2频点连接第二变频器；所述中频数字信号生成模块包含fpga模块、arm模块、用户显示控制接口、数据sram模块、数据转换模块、rs422接口模块、d/a模块、rtc 模块、pxx模块和电源模块，所述fpga模块通过arm模块连接用户显示控制接口，所述arm 模块通过数据转换模块连接rs422接口模块，所述数据sram模块、d/a模块、rtc模块、pxx 模块和电源模块分别与fpga模块连接；所述第一低通滤波模块和第二低通滤波模块均包含包括输入端口、
输出端口、第一滤波单元和第二滤波单元，所述输入端口与第一滤波单元的输入端连接，第一滤波单元的输出端与第二滤波单元的输入端连接，第二滤波单元的输出端与输出端口连接；所述第一滤波单元包括第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与第一滤波单元的输入端连接，另一端与第一滤波单元的输出端，所述第一电容的一端与第一电感的另一端连接，第一电容的另一端与接地端连接；所述第二滤波单元包括第二电感和第二电容，所述第二电感的一端与第二滤波单元的输入端连接，另一端与第二滤波单元的输出端，所述第二电容的一端与第二电感的另一端连接，第二电容的另一端与接地端连接；所述输入端口、输出端口、第一电感、第一电容、第二电感和第二电容之间通过微带线连接。
[0006]
作为本实用新型一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统的进一步优选方案，所述第一电感和第二电感的电感值为18nh，第一电容和第二电容的电容值为4.7pf。
[0007]
作为本实用新型一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统的进一步优选方案，所述接收功能模块经过通过1pps接口或授时接口连接发射信号生成模块连接。
[0008]
作为本实用新型一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统的进一步优选方案，所述dac 模块的频率为100mhz，采用ad9857芯片。
[0009]
作为本实用新型一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统的进一步优选方案，所述接收功能模块采用载体中北斗导航用户机。
[0010]
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0011]
1、本实用新型为提高北斗卫星导航定位模块的首次快速定位能力，提供一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统，对系统发射模块中各电路单元的频率和电平进行了分析和规划，采用基于fpga+arm的架构实现，通过事先人工加注历书和星历，能有效缩短北斗卫星导航定位模块的首次定位时间；
[0012]
2、本实用新型提供一种由电容和电感组成的低通滤波模块，该低通滤波模块的电阻和电感之间通过微带线连接，电路结构简单成本低廉的同时保证了微波性能；
[0013]
3、本实用新型接收功能模块使用载体中北斗导航用户机，接收导航信号，解析出星历和历书，并实时传输给发射功能模块，发射功能模块接收星历和历书数据，并存储到本地，当接收功能模块进行导航信息接收时，可以通过1pps接口和授时接口对发射功能模块进行校时，经过校时的发射功能模块，能够实现卫星导航信号的生成；
[0014]
4、本实用新型为了解决水下航行器定位浮标、武器系统中北斗卫星导航定位模块长时间存储后首次定位时间长的问题，在分析了不同技术途径优缺点的基础上，通过无线链路对北斗卫星导航定位模块事先人工加注历书和星历，同时还能进行导航信号处理链路功能完好性检测的方案，给出了发射模块的硬件实现和整体频率与电平规划，系统通过无线事先人工加注历书和星历，缩短首次定位时间，对充分发挥武器效能和提高水下航行器生存能力，具有重要的军事应用价值。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]
图1是本实用新型水下北斗导航星历及历书无线加注系统的结构原理图；
[0017]
图2是本实用新型发射信号生成模块的结构原理图；
[0018]
图3是本实用新型中频数字信号生成模块的结构原理图；
[0019]
图4是本实用新型低通滤波模块电路图。
[0020]
图中标号具体如下：1-输入端口；2-输出端口；3-第一滤波单元；4-第二滤波单元； l1-第一电感；l2-第二电感；c1-第一电容；c2-第二电容；gnd1-第一接地端；gnd2-第二接地端。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
[0022]
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。
[0023]
对导航定位模块的人工初始化主要有以下技术途径。
[0024]
(1)直接式。水面、陆基以及空基载体，能够具备较好的卫星导航信号接收条件，因此能够随时接收真实导航信号，或者通过转发的方式把载体接收的卫星导航信号实时转发，从而保持导航星历和历书的更新。但是对于水下航行器，在水下航行时无法接收卫星导航信号，因此不能采用直接式的技术途径。
[0025]
(2)位置注入式。通过北斗卫星导航定位模块的通信端口，向模块输入从惯性导航系统等得到的载体位置，北斗卫星导航定位模块再由载体位置推算历书，从而实现快速卫星信号捕获。此途径除了需要惯性导航系统等外部辅助信号，还需要北斗卫星导航定位模块支持历书推算，而目前正在使用的北斗卫星导航定位模块大部分不支持历书推算，因此，需要对北斗卫星导航定位模块进行升级，工作量大且不现实。
[0026]
(3)无线注入式。模拟产生卫星导航信号，调制需要加注的星历或历书，然后通过无线链路发射给北斗卫星导航定位模块。北斗卫星导航定位模块通过天线接收模拟信号后，解析出此星历或历书，从而完成注入。通过无线链路对初始化参数的加注是一种对现有北斗卫星导航定位模块影响最小的注入方式，不仅不需要对现北斗卫星导航定位模块进行修改，同时还可在使用前从天线开始，对北斗卫星导航定位模块进行全功能检测。
[0027]
综上，采用无线注入式的技术途径来实现北斗卫星导航定位模块的初始化。
[0028]
一种水下北斗导航星历及历书无线加注系统，如图1所示，包含接收功能模块、发射信号生成模块、专用发射天线模块和用户卫星导航定位模块，所述接收功能模块依次经过发射信号生成模块、专用发射天线模块连接用户卫星导航定位模块；
[0029]
收功能模块使用载体中北斗导航用户机，接收b1和b3频点的导航信号，解析出星历和历书，并实时传输给发射功能模块。发射功能模块接收星历和历书数据，并存储到本地。当接收功能模块进行导航信息接收时，可以通过1pps接口和授时接口对发射功能模块进行校时。经过校时的发射功能模块，能够实现卫星导航信号的生成；在北斗卫星导航定位模块需要实现定位之前或者进行导航功能测试时，注入模块调用发射功能模块，把存储的星历和历书调制到导航信号，并通过天线发射。北斗卫星导航定位模块从天线接收发射的
导航信号，进行捕获、跟踪、位同步、帧同步等一系列处理，解析出星历和历书，获得能够用于初始化的数据，同时对整个导航链路功能完好性进行了测试。
[0030]
如图2所示，所述发射信号生成模块包含中频数字信号生成模块、第一dac模块、第一低通滤波模块、第二dac模块、第二低通滤波模块、osc模块、第一pll b1频点、第二pll b2 频点、第一变频器、第二变频器、b1频点滤波器、b2频点滤波器、合路器、衰减器、天线；所述中频数字信号生成模块、第一dac模块、第一低通滤波模块、第一变频器、b1频点滤波器、合路器、衰减器、天线依次顺序连接，所述中频数字信号生成模块依次经过第二dac模块、第二低通滤波模块、第二变频器、b2频点滤波器连接合路器，所述中频数字信号生成模块依次通过osc模块、pll b1频点连接第一变频器，所述osc模块通过pll b2频点连接第二变频器；所述中频数字信号生成模块包含fpga模块、arm模块、用户显示控制接口、数据sram模块、数据转换模块、rs422接口模块、d/a模块、rtc模块、pxx模块和电源模块，所述fpga模块通过arm模块连接用户显示控制接口，所述arm模块通过数据转换模块连接rs422 接口模块，所述数据sram模块、d/a模块、rtc模块、pxx模块和电源模块分别与fpga模块连接。
[0031]
发射功能模块能够在b1和b3双频点同时工作，基带数字信号生成模块同时生成b1和 b3频点的中频信号，分别输出给不同的dac以及模拟链路；经过上变频、滤波等一系列处理之后，再实现b1和b3频点的合路输出。此方案的优点在于能够同时输出b1和b3频点的信号，不需要对pll环路进行配置，可以直接设定固定的频率。
[0032]
如图3所示，所述中频数字信号生成模块包含fpga模块、arm模块、用户显示控制接口、数据sram模块、数据转换模块、rs422接口模块、d/a模块、rtc模块、pxx模块和电源模块，所述fpga模块通过arm模块连接用户显示控制接口，所述arm模块通过数据转换模块连接 rs422接口模块，所述数据sram模块、d/a模块、rtc模块、pxx模块和电源模块分别与fpga 模块连接。中频数字信号生成模块基于fpga+arm的方案实现，包含1片fpga芯片和1片arm 芯片。其中fpga芯片实现中频数字信号生成，arm芯片实现中频信号的生成控制、电文获取以及显示控制等功能。
[0033]
基带信号生成通道利用载波、伪码以及需要注入的电文数据位信息生成基带信号。各个通道在完成各自通道的信号生成后，需要进行通道合路，且i/q支路分别合路，然后输出到上变频模块。并且，b1频点和b3频点信号分开进行基带信号生成，两个频点信号之间，在数字部分不进行合路。
[0034]
如图4所示，所述第一低通滤波模块和第二低通滤波模块均包括输入端口1、输出端口2、第一滤波单元3和第二滤波单元4，所述输入端口1与第一滤波单元3的输入端连接，第一滤波单元3的输出端与第二滤波单元4的输入端连接，第二滤波单元4的输出端与输出端口 2连接。
[0035]
进一步的，所述第一滤波单元3包括第一电感l1和第一电容c1，所述第一电感l1的一端与第一滤波单元3的输入端连接，另一端与第一滤波单元3的输出端，所述第一电容c1 的一端与第一电感l1的另一端连接，第一电容c1的另一端与第一接地端gnd1连接；
[0036]
所述第二滤波单元4包括第二电感l2和第二电容c2，所述第二电感l2的一端与第二滤波单元4的输入端连接，另一端与第二滤波单元4的输出端，所述第二电容c2的一端与第二电感l2的另一端连接，第二电容c2的另一端与第二接地端gnd2连接。
[0037]
进一步的，所述输入端口1、输出端口2、第一电感l1、第一电容c1、第二电感l2和第
二电容c2之间通过微带线连接，采用微带线可以更稳定地传输射频微波信号。
[0038]
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：提供一种由电容和电感组成的低通滤波器，该低通滤波模块的电阻和电感之间通过微带线连接，电路结构简单成本低廉的同时保证了微波性能。
[0039]
所述第一电感和第二电感的电感值为18nh，第一电容和第二电容的电容值为4.7pf。
[0040]
dac模块的频率为100mhz，采用普通的dac芯片即可实现，推荐采用ad9857芯片。
[0041]
采用普通的lc电路实现中频信号的低通滤波。理论上此滤波器需要采用带通滤波器实现，但是因为中频频率较低，且在射频部分还会进行滤波，因此，为了实现简单，采用了低通滤波模块实现。混频器功能可以采用混频器芯片实现。
[0042]
天线采用能够发射b1和b3信号的线极化天线实现，此类天线产品非常成熟。卫星导航设备通常采用右旋圆极化天线进行信号接收，在此采用线极化天线发射导航信号，会造成接收端3db信号的损失，但是在此系统应用时，接收设备和信号发射的注入模块相距非常近，信号在空间链路的衰减较小，因而即使信号的功率损失3db，也能完全满足电平规划要求。
[0043]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。