一种卫星导航信号接收系统的制作方法

本发明涉及导航技术领域，特别一种卫星导航信号接收系统。

背景技术：

卫星导航系统(gnss)市场在很多因素的驱动下正在快速发展，其中最主要的驱动因素是手机和平板电脑中基于位置应用的迅速增长。还有些其它因素包括:车载导航的广泛应用，内置gps的消费类电子设备(例如数码相机和运动手表)的出现，以及基于位置的跟踪应用的普及等等。举例来说，通过跟踪车队的汽车来获取实时的物流信息，使用个人跟踪应用来监控工人和保障年长者的安全，警方利用定位技术来监控软禁或获得假释的罪犯。另外，还出现了宠物追踪设备和服务。正是由于卫星导航系统gnss市场的快速增长，传统的wlan和手机芯片厂商也在积极的进行gnss芯片及模块的研发。卫星导航系统gnss芯片向多模化的方向发展，即单一芯片支持多种卫星导航系统gnss系统，比如gps+glonass，gps+galileo，gps+北斗等等。此外，卫星导航系统gnss在高精度领域也有应用，主要包括测绘、飞行器、航空航天及国防应用(无人机或导弹中的制导系统等)。

目前gnss信号包括全球卫星导航系统和区域系统，其中全球卫星导航系统有美国的gps，中国的北斗、俄罗斯的glonass和欧盟的galileo，区域系统有日本的qzss、印度的irnss、waas、gagan、egonas等等。，这些系统的信号一般还会包括多个频点、不同服务内容的导航信号。例如：gps的l1，l2c，l2p，l1ca，l5等；bds的b1i,b2,b3，以及未来的全球信号(北斗三代)；glonass的l1，l2和未来的cdma信号；galileo的e1，e5a/e5b，e6等信号；sbas的l1信号。这些导航信号从监控站的作用角度分析，是必须进行接收和处理的，那么就对导航接收机的信号处理环节提出了很高的要求。由于系统复杂性提高了，因为要处理的导航信号数量高，必然会对gnss接收机现有系统硬件资源和软件实现提出了更多的要求，这也是目前市场主流接收机动辄需要几百个处理通道的原因。例如接收机需要接收处理的信号，除了常规的bpsk/qpsk信号(如gps的l1/l2，bds的b1/b2等)之外，还有boc/altboc/tmboc信号(galileo的e1/e5/e6，bds的b1c)，另外glonass的n1/n2信号还是频分多址的系统，所以对接收及射频前端和dfe的处理都提出了更高更苛刻的要求；在接收机的基带电文解码环节，除了常规的汉明码(gps)以外，还有bch码(北斗)、维特比译码(galileo，gps现代化)和ldpc译码(gpsl5，北斗b1c)等，这些处理环节都增加了基带处理的复杂度和开发难度；并且随着无线电技术发展及无线电应用的普及，电磁环境日益复杂，空间中存在这各种有意无意的干扰；干扰会影响导航信号的接收，进而影响导航信号质量的监测，有必要对干扰进行抑制，并在进行干扰抑制的同时保证高精度测量。

为了实现导航系统的接收，需要接收机构。现在市场上接收机种类大概有四类：(一)高精度接收机，定位精度可以达到分米、厘米级，提供载波测量信息；有多个系统、多个频率；特点：有着复杂的硬件和算法，缺点是成本较高、体积大、功耗高。(二)导航型接收机，定位精度可以达到米级精度，系统数量和频率为单或双系统、单频；特点：高灵敏度和瞬时启动，功耗低、体积小和成本低，缺点是定位精度相对较差。(三)授时型接收机，它用于授时需求；可以达到ns级时间同步精度；系统数量和频率为单或双系统、单频；特殊产品采用高稳定度时钟源，应用于定位还存在精度低的问题。(四)特种接收机，达到米级精度；系统数量和频率为单或多系统、单频，支持精码直捕；可以在极端环境、高动态、抗干扰环境中工作，比如极速飞行状态下，但其存在成本高、功耗高的问题。综上所述现有，的导航定位接收系统还存在一定的局限性，提供一种可提高接收导航信号灵敏度、并实现精确定位及授时的接收系统显得尤为必要。

技术实现要素：

了克服现有导航定位接收机构因结构所限存在的如背景所述弊端，本发明提供了在相关功能模块共同作用下，能实时有效接收多种卫星导航信号，完成抗干扰处理，跟踪可见卫星，对接收到的卫星无线电信号经过数据处理后获得定位所需的测量值和导航信息，最后完成定位运算和高精度授时功能，能实现为精准农业、智慧城市、国土测绘、无人机物流、工业物联网等领域提供厘米级精度位置服务和20纳秒级授时服务，提升了接收端灵敏度及定位、授时的一种卫星导航信号接收系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种卫星导航信号接收系统，包括由天线子模块、射频子模块、抗干扰子模块、基带信号处理子模块、控制子模块组成的基带板卡模块，及处理软件导航电文解调子单元、定位解算子单元、数据输入输出子单元；其特征在于所述导航电文解调子单元、定位解算子单元、数据输入输出子单元是安装在控制子模块内的应用软件；所述射频子模块、抗干扰子模块、基带信号处理子模块、控制子模块的电源输入端和电源模块电源输出端电性连接，天线子模块和视频子模块的信号端经射频线连接；所述天线子模块接收卫星导航信号并传递给射频子模块，射频子模块将信号滤波处理后输出至抗干扰子模块的信号输入端，抗干扰子模块将信号内的干扰信号去除及屏蔽并输出到基带信号处理子模块的信号输入端；所述基带信号处理子模块对输入的信号转换成中频信号并输出到导航电文解调子单元，导航电文解调子单元对导航信号进行捕获、跟踪、导航电文解调解码、伪距和载波相位原始观测量提取，并输出到定位解算子单元，定位解算子单元对各种数据进行定位解算后通过数据总线接口输出导航电文、原始观测量和工作状态信息到数据输入输出子单元，数据输入输出子单元把处理得到的载波相位观测值和星历信息以及其它相关信息打包，以特定的格式通过对外接口传送至设备的导航信息及定位接收端，接收端对定位及导航信息进行存储和显示，进而得到高精度导航信息、定位信息和授时信息。

进一步地，所述射频子模块是通过其配套的前置带通滤波器(saw)将输入的信号进行滤波处理，射频子模块型号是rx3902b。

进一步地，所述抗干扰子模块将信号内的干扰信号去除及屏蔽前，需要对信号采用自配的三级一分二功分器件将信号分配给11个通道的低噪声放大器进行放大。

进一步地，所述基带信号处理子模块是通过下变频的方式将对输入的信号转换成中频信号，然后通过其自身a/d转换器的作用，经a/d变换后送给导航电文解调子模块，a/d转换器型号是max19516。

进一步的，所述基带板卡模块选用dip双排插针作为和应用处理板接口，考虑到后期核心板可以作为独立产品供应市场，板卡的接口定义兼容主流的基带处理，相对独立的功能模块方便拆卸、维护而又不相互影响，模块采用接触式散热设计，发热量大的器件通过外壳散热，系统参考时钟选用25mhz。

进一步地，所述控制子模块选用xilinx公司型号是zynq7045fpga的处理芯片；相对于纯armcpu能够实现更高速的外设应用和高密度的计算；相对于纯fpga在算法的实现上更灵活，比内嵌软核的性能更强劲；相对于传统的板级arm+fpga架构拥有更大的带宽资源，能够支持更高计算密度的实时控制应用；集成度高，降低了硬件设计难度，节约印制板布板面积；内部处理器核与接口的内部总线高效，节约总线通信资源；ps和pl两部分共用内存，数据交换便捷、快速。

本发明有益效果是：本发明定位主要应用于一些高精度特殊行业，包括测绘、飞行器、航空航天及国防的应用(无人机或导弹中的制导系统等)，譬如推演海面高度、海况及土壤湿度等相关地球物理参数，可以收集大量的反射测量数据以用于陆地和海洋等方面的应用。本发明应用中，在天线子模块、射频子模块、抗干扰子模块、基带信号处理子模块、控制子模块组成的基带板卡模块及处理软件导航电文解调子单元、定位解算子单元、数据输入输出子单元等共同作用下，能接收多种卫星导航系统发出的导航及定位、授时信息，能实时接收卫星信号，完成抗干扰处理，跟踪可见卫星，对接收到的卫星无线电信号经过数据处理后获得定位所需的测量值和导航信息，最后完成定位运算和高精度授时功能，能实现为精准农业、智慧城市、国土测绘、无人机物流、工业物联网等领域提供厘米级精度位置服务和20纳秒级授时服务，提升了接收端接收灵敏度及定位精度。基于上述，本发明具有好的应用前景。

附图说明

图1是本发明架构框图示意。

具体实施方式

图1所示，一种卫星导航信号接收系统，包括由天线子模块、射频子模块、抗干扰子模块、基带信号处理子模块、控制子模块组成的基带板卡模块，及处理软件导航电文解调子单元、定位解算子单元、数据输入输出子单元；所述导航电文解调子单元、定位解算子单元、数据输入输出子单元是安装在控制子模块内的应用软件；所述射频子模块、抗干扰子模块、基带信号处理子模块、控制子模块的电源输入端和电源模块电源输出端电性连接，天线子模块和视频子模块的信号端经射频线连接。射频子模块型号是rx3902b。a/d转换器型号是max19516。控制子模块选用xilinx公司型号是zynq7045fpga的处理芯片；相对于纯armcpu能够实现更高速的外设应用和高密度的计算；相对于纯fpga(现场可编程门阵列)在算法的实现上更灵活，比内嵌软核的性能更强劲；相对于传统的板级arm(处理器)+fpga架构拥有更大的带宽资源，能够支持更高计算密度的实时控制应用；集成度高，降低了硬件设计难度，节约印制板布板面积；内部处理器核与接口的内部总线高效，节约总线通信资源；ps(与fpga无关的arm的soc的部分)和pl(可编程逻辑)两部分共用内存，数据交换便捷、快速。

图1所示，本发明应用中步骤如下。天线子模块接收各卫星导航信号并传递给射频子模块，射频子模块将信号滤波处理后输出至抗干扰子模块的信号输入端，具体应用中，射频子模块是通过其配套的前置带通滤波器(saw)将输入的信号进行信号滤波处理。抗干扰子模块将信号内的干扰信号去除及屏蔽并输出到基带信号处理子模块的信号输入端，具体应用中，抗干扰子模块将信号内的干扰信号去除及屏蔽前，需要对信号采用自配的三级一分二功分器件将信号分配给11个通道的低噪声放大器进行放大。基带信号处理子模块对输入的信号转换成中频信号并输出到导航电文解调子单元，基带信号处理子模块是通过下变频的方式将输入的信号转换成中频信号，然后通过其自身a/d转换器的作用，经a/d变换后送给导航电文解调子模块。导航电文解调子单元对导航信号进行捕获、跟踪、导航电文解调解码、伪距和载波相位原始观测量提取，并输出到定位解算子单元，定位解算子单元对各种数据进行定位解算后通过数据总线接口输出导航电文、原始观测量和工作状态信息到数据输入输出子单元，数据输入输出子单元把处理得到的载波相位观测值和星历信息以及其它相关信息打包，以特定的格式通过对外接口传送至设备的导航信息及定位接收端，接收端对定位及导航信息进行存储和显示，进而得到高精度导航信息、定位信息和授时信息。

图1所示，本发明的基带板卡模块选用dip双排插针作为和应用处理板接口，考虑到后期核心板可以作为独立产品供应市场，板卡的接口定义兼容主流的基带处理，相对独立的功能模块方便拆卸、维护而又不相互影响，模块采用接触式散热设计，发热量大的器件通过外壳散热，系统参考时钟选用25mhz。本发明环境适应性要求为：(1)工作温度：-40℃～+65℃；(2)储存温度：-45℃～+70℃；(3)湿度：10％～95％(非凝结)；维修性：(1)本发明维修性要求为mttr小于等于30分钟。(2)易维修，基带板卡出现故障后，易于更换。可靠性：功能板卡整体平均故障时间应满足以下要求：(1)mtbf最低可接受值不小于15000小时；(2)mtbf目标值不小于30000小时。

图1所示，本发明主要应用于一些高精度特殊行业包括测绘、飞行器、航空航天及国防应用(无人机或导弹中的制导系统等)。譬如推演海面高度、海况及土壤湿度等相关地球物理参数，它可以收集大量的反射测量数据以用于陆地和海洋等方面的应用。利用全球导航卫星系统(gnss)的反射信号对海洋、陆地或冰川雪地进行遥感探测的新兴技术手段，可提供免费且长期稳定的l波段信号源，可充分发挥gnss接收系统自身优势-全天候、全天时、覆盖范围广、时空分辨率高等优点，在海洋遥感上，可以进行海洋测高、反演海面风场、估计海水盐度以及海面溢油探测；在陆地遥感上，利用微波波段对水分的敏感的特性，可以估计土壤湿度和植物生长量；在冰川雪地遥感上，充分利用在时空分辨率上的优势，可以测量海冰厚度、积雪厚度、密度、粗糙度等；将来还可用于监测火山、地震形变和滑坡等自然灾害，人们将获取更多的高时空分辨率的数据。

以上显示和描述了本发明的主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。