一种卫星导航接收机

1.本实用新型涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种卫星导航接收机。


背景技术：

2.北斗卫星导航接收机是北斗卫星导航系统的用户关键设备，北斗卫星导航接收机是用来收集处理天线接收到的电磁信号。理想的接收机抑制所有不需要的噪声，并对需要的信号不增加任何噪声或干扰。
3.当前电磁环境日益恶劣，人为恶意电磁攻击技术日趋成熟；卫星导航接收机易受雷雨天气影响；传统的卫星导航接收机采用的是防雷管、放电管等元器件进行防护，对电磁干扰与雷电毁伤防护作用较差。
4.在滤波方面，导航系统存在接收电平低、接收机灵敏度高、接收信号比较微弱、导航信号在同一频率发射、调制、信噪比极低、下行链路容易干扰等特性,所以目前，导航卫星系统抗干扰研究硬件方面主要是扩频通信、数字信号处理、阵列天线等,软件方面主要是自适应抗干扰算法等。
5.在硬件设计方面，北斗卫星导航接收机的硬件设计虽然不断的往高集成度发展，但由于需要高精度解算，需要更多的滤波电路、信道和信号处理模块，使得接收机的体积较大，降低了应用范围。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种卫星导航接收机，旨在解决现有的接收机的体积较大的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种卫星导航接收机，包括硬件配电箱、射频前端隔离模块、浪涌隔离电源模块、主板硬件、前面板和后面板；
8.所述射频前端隔离模块、所述浪涌隔离电源模块和所述主板硬件分别设置于所述硬件配电箱内，所述前面板与所述硬件配电箱固定连接，并位于所述硬件配电箱的一侧，所述后面板与所述硬件配电箱固定连接，并位于远离所述前面板的一侧。
9.其中，所述硬件配电箱包括金属外壳、多频点卫星导航接收机硬件主板、4g穿透模块、防浪涌保护器、电源、防雷防浪涌开关、gnss天线和4g天线，所述gnss天线、所述防浪涌保护器、所述多频点卫星导航接收机硬件主板、所述4g穿透模块和所述4g天线依次连接，且所述防浪涌保护器与所述金属外壳连接，所述防雷防浪涌开关与所述多频点卫星导航接收机硬件主板连接和所述4g穿透模块连接，并与所述金属外壳连接，所述电源与所述防雷防浪涌开关连接。
10.其中，所述射频前端隔离模块包括第一lc滤波器、π型滤波器、第二lc滤波器和高频阻带滤波器，所述第一lc滤波器、所述π型滤波器、所述第二lc滤波器和所述高频阻带滤波器依次连接。
11.其中，所述浪涌隔离电源模块包括带隙基准、慢启动、补偿网络、斜坡发生器、振荡
器、比较器、栅极驱动控制、过压保护、栅极驱动器和误差放大器，所述带隙基准与所述慢启动连接，所述误差放大器的正输入端口与所述慢启动连接，所述误差放大器的负输入端口与所述补偿网络连接，所述误差放大器的输出端口与所述比较器的负输入端口连接，所述比较器的正输入端口与所述斜坡发生器连接，所述比较器的输出端口与所述栅极驱动控制连接，所述过压保护的输出端口与所述栅极驱动控制连接，所述振荡器与所述栅极驱动控制连接，所述栅极驱动器与所述栅极驱动控制连接。
12.其中，所述主板硬件包括定位模块和主板本体，所述主板本体与所述金属外壳连接，所述定位模块与所述主板本体连接。
13.本实用新型的一种卫星导航接收机，通过所述射频前端隔离模块、所述浪涌隔离电源模块和所述主板硬件分别设置于所述硬件配电箱内，所述前面板与所述硬件配电箱固定连接，并位于所述硬件配电箱的一侧，所述后面板与所述硬件配电箱固定连接，并位于远离所述前面板的一侧，本实用新型涉根据电源滤波方案改进了传统接收机的滤波抗干扰设计，硬件集成度高、功耗低、体积小、应用范围广，解决了现有的接收机的体积较大的问题。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术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简单地介绍。
15.图1是本实用新型的一种卫星导航接收机的硬件配电箱的结构示意图。
16.图2是本实用新型的一种卫星导航接收机的射频前端隔离模块的结构示意图。
17.图3是本实用新型的一种卫星导航接收机的浪涌隔离电源模块的结构示意图。
18.图4是本实用新型的一种卫星导航接收机的主板硬件的结构示意图。
19.图5是前面板和后面板的设计图。
20.1-前面板、2-后面板、11-金属外壳、12-多频点卫星导航接收机硬件主板、13-4g穿透模块、14-防浪涌保护器、15-电源、16-防雷防浪涌开关、17-gnss天线、18-4g天线、20-第一lc滤波器、21-π型滤波器、22-第二lc滤波器、23-高频阻带滤波器、24-隔离输入端、25-隔离输出端、31-带隙基准、32-慢启动、33-补偿网络、34-斜坡发生器、35-振荡器、36-比较器、37-栅极驱动控制、38-过压保护、39-栅极驱动器、40-误差放大器、41-定位模块、42-主板本体。
具体实施方式
21.请参阅图1-图5；本实用新型提供一种卫星导航接收机，包括硬件配电箱、射频前端隔离模块、浪涌隔离电源模块、主板硬件、前面板1和后面板2；所述硬件配电箱包括金属外壳11、多频点卫星导航接收机硬件主板12、4g穿透模块13、防浪涌保护器14、电源15、防雷防浪涌开关16、gnss天线17和4g天线18；所述射频前端隔离模块包括第一lc滤波器20、π型滤波器21、第二lc滤波器22和高频阻带滤波器23；所述浪涌隔离电源模块包括带隙基准31、慢启动32、补偿网络33、斜坡发生器34、振荡器35、比较器36、栅极驱动控制37、过压保护38、栅极驱动器39、误差放大器40、场效应管q1、自举电容c2、自举二极管d1、滤波电感l1、输出电容c3；所述主板硬件包括定位模块41和主板本体42。
22.针对本具体实施方式，所述射频前端隔离模块、所述浪涌隔离电源模块和所述主
板硬件分别设置于所述硬件配电箱内，所述前面板1与所述硬件配电箱固定连接，并位于所述硬件配电箱的一侧，所述后面板2与所述硬件配电箱固定连接，并位于远离所述前面板1的一侧；抗外界干扰、防水防雷击设计，采用所述金属外壳11包裹，边缘开接地铜箔，与金属外壳11相接，抗外界电磁干扰；采用u型三元乙丙橡胶条作为防水胶条封边，螺钉处使用o型橡胶垫片；
23.对所述前面板1的开孔设计，孔直径包括3.17mm、5mm、16mm，接口包括led指示灯、金属带环形灯自锁按钮、sma射频连接器、金属航空圆形连接器、3m螺孔；3.17mm直径的4个孔为前面板1已有的孔，位于前面板1的四个角，对其进行开0.3mm半径的倒角；5mm直径的3个孔对称开孔，其中一个孔位于前面板1长的正中间，即其圆心到前面板1左右两边界的距离为50mm，圆心到上边界的距离为5mm；16mm直径的2个孔对称开孔，左边孔圆心距离前面板1左边界18mm，距离下边界13mm；右边孔圆心距离前面板1右边界18mm，距离下边界13mm；
24.对所述后面板2的开孔设计，孔直径包括3.17mm、6mm、9mm，接口包括tnc/mcx-kky射频连接器、sma射频连接器、3m螺孔；3.17mm直径的4个孔后面板2已有的孔，位于后面板2的四个角，对其进行开0.3mm半径的倒角；6mm直径的1个孔，其圆心到后面板2右边界的距离为18mm，圆心到下边界的距离为13mm；9mm直径的1个孔，其圆心距离后面板2左边界18mm，距离下边界13mm。
25.其中，所述gnss天线17、所述防浪涌保护器14、所述多频点卫星导航接收机硬件主板12、所述4g穿透模块13和所述4g天线18依次连接，且所述防浪涌保护器14与所述金属外壳11连接，所述防雷防浪涌开关16与所述多频点卫星导航接收机硬件主板12连接和所述4g穿透模块13连接，并与所述金属外壳11连接，所述电源15与所述防雷防浪涌开关16连接；hm-12dc防雷防浪涌开关16接到配电箱金属外壳11，外置的gnss天线17经过防浪涌保护器14再接到主板本体42的射频天线接口；外接的所述电源15经过hm-12dc防雷电防浪涌开关16滤波，再将滤波后的电源分别给多频点卫星导航接收机硬件主板12和4g穿透模块13供电，多频点卫星导航接收机硬件主板12通过sma防浪涌保护器14连接gnss天线17，sma防浪涌保护器14与配电箱金属外壳11连接，多频点卫星导航接收机硬件主板12与4g穿透模块13连接，4g穿透模块13与4g天线18连接。
26.其次，所述第一lc滤波器20、所述π型滤波器21、所述第二lc滤波器22和所述高频阻带滤波器23依次连接；所述gnss天线与双向容性稳压管d1并联连接到第一lc滤波器20，第一lc滤波器20连接到π型滤波器21通过与ic1连接组成隔离输入端24，ic1连接到第二lc滤波器22，第二lc滤波器22连接到高频阻带滤波器23连接到mcu组成隔离输出端25。对射频前端隔离模块的隔离设计，射频天线处采用高稳定性5v低压差电源作为天线输入的参考电平，低压差稳压电源使用由电容c1、c2电感l1组成的第一lc滤波器20对电源的高频杂波进行处理，然后并接双向容性稳压管d1钳位，过滤后的信号再经过由电阻r1、r2电容c3和电感l2组成的π型滤波器21除去低频分量，经ic1后过由电容c4、c5和电感l3组成的第二lc滤波器22滤除低频分量，最后经由电阻r3、r4、r5和电容c6、c7组成的高频阻带滤波器23对信号阻带范围外的高频分量进行滤除后与射频放大器输出端相连。
27.同时，所述带隙基准31与所述慢启动32连接，所述误差放大器40的正输入端口与所述慢启动32连接，所述误差放大器40的负输入端口与所述补偿网络33连接，所述误差放大器40的输出端口与所述比较器36的负输入端口连接，所述比较器36的正输入端口与所述
斜坡发生器34连接，所述比较器36的输出端口与所述栅极驱动控制37连接，所述过压保护38的输出端口与所述栅极驱动控制37连接，所述振荡器35与所述栅极驱动控制37连接，所述栅极驱动器39与所述栅极驱动控制37连接；对浪涌隔离电源模块的隔离设计，其中电压参考系统通过1.221v带隙基准31的输出来产生精确的参考信号，内部慢启动32可在启动期间减慢输出上升时间，补偿网络33以改善线路调节和线路瞬态响应，振荡器35提供固定开关频率，在boot引脚和ph引脚之间连接一个自举电容c2为场效应管q1提供栅极驱动电压，当浪涌发生时，首先反馈电压(vsense引脚电压)将通过误差放大器40和补偿网络33与恒定电压基准进行比较，以产生误差电压，然后通过pwm比较器36将误差电压与斜坡发生器34的电压进行比较，以这种方式误差电压的幅度将被转换为脉冲宽度，最后pwm比较器36输出馈入栅极驱动控制37控制栅极驱动器39驱动场效应管q1关闭并保持关闭，此时过压保护38将输出过压瞬变降至最低来减少浪涌电流和输出电压过冲。
28.另外，所述主板本体42与所述金属外壳11连接，所述定位模块41与所述主板本体42连接；旨在降低接收机设计成本，减小接收机体积，提高抗干扰防水防静电防雷等能力，同时硬件电路的设计可以适应大多数接收机外壳，灵活自定义外部接口，提高适装性。硬件电路使用mxt906高精度定位芯片，极少的外围电路，芯片自带高精度解算。
29.定位模块41包括滤波、天线接口、射频前端滤波、基带信号线路、电地隔离和独立agnd，将高精度的定位模块41的布局设计好后，添加电容电阻进行滤波设计，射频前端使用陷波器、带通滤波器、回路滤波器、耦合滤波器、选频滤波器和声表滤波器作为滤波装置，并且与基带信号线路连接，基带信号线路设计中，将低噪放模块和功分器模块与射频前端连接，然后做电地隔离设计，特别是定位模块41独立出来一块接地agnd，再通过连接器与主板gnd进行共地连接；
30.所述主板本体42包括电源电路、xhb接口、航空座线束、高速模块隔离、信号处理线路、主板gnd和电地铜箔隔离层设计、滤波设计；电源电路采用的是二级降压方法，第一级稳压输出通过滤波电路输出接到第二级稳压输入端，第二级稳压又包括3v、3.3v输出，使用填充的方式将电源输出连接到各用电器件，电源模块边缘过孔接地隔离；主板中的高速模块(例如mx906)，使用电地隔离，在需要隔离的高速模块附近环绕添加过孔，连接到地层和电源层；天线连线通过π型滤波与vcc相连接，在经过双向稳压管和带通滤器接到射频放大器输入端，射频放大器再拉长平滑宽线接到基带信号处理线路；信号处理线路使用平滑走线，窄线线宽设置大于信号波长的两倍以上，高频信号线之间用接地铜箔隔离，部分高频低电压信号线用电源线进行隔离；主板的gnd采用覆铜的办法进行连接，在信号密集的位置添加过孔矩阵接地，主板边缘将接地的铜箔去掉阻焊层，使其与金属外壳相连接，作为屏蔽隔离线路；主板的接口使用贴片xhb接口，将主板需要外接的引脚接到xhb接口上(例如rs485接口)；主板右边上方使用电磁继电器连接外部驱动电路，与主板各器件隔离；主板右上角放置大面积的覆铜接地，并放置过孔矩阵接地，作为电流主要流向的gnd；航空座线束中包括外部电源接口、4g模块接线口和串口接线，多个接口集中到航空座上，用gnd隔离串口线，再通过航空座公头分别引出外部电源接口、4g模块接线口和串口。抗外界电磁干扰设计、防水防雷击设计，模块隔离设计、低成本低功耗定位解算电路、低功耗电源电路及保护设计，所述主板本体42提供多种接口以及外部接口线束，配置了对应的接收机外壳。
31.模块隔离设计，包括开关电源模块与各类高速模块之间的隔离设计；定位模块41
与其他电路隔离设计；射频前端隔离模块与其他高频、大电流电路的隔离设计；各通信模块接口的抗干扰隔离设计；基带信号处理线路与高速模块之间的隔离设计，其中，
32.对开关电源模块与各类高速模块之间的隔离设计，高速模块有mxt906高精度定位模块，该模块射频输入端，与射频放大器max2659elt连接，射频放大器的电源接入端，采用3个并联的无极性1.2nf电容构成的高频阻带滤波器与电容输入端相并联，再通过低频电感与max2659elt的vcc与shdn#端相连；
33.对射频前端隔离模块的隔离设计，射频天线处采用高稳定性5v低压差电源作为天线输入的参考电平，低压差稳压电源使用π型滤波线路对电源的高频杂波进行处理，然后并接双向容性稳压管，过滤后的信号再经过带通滤波器，经过高频磁珠电感与射频放大器输入端相连；大电流线只于板卡右边界和下边界布置，且使用不同的布线层布线；
34.对各通信模块接口的抗干扰隔离设计，通信模块包括sp3485、sp3232、usart接口、4g通信接口，sp3232芯片周围布置环绕的地层，与封装引脚垂直的方式，用窄线连接电荷泵电容，供电线用窄线并接一个滤波电容到地，使用过孔接地的方式，将sp3232与mxt906的串口线及muc的fsmc线隔离；sp3485芯片周围布置t型地层，用过孔接地的方式将串口信号线与vcc3.3的耦合电容隔离，485信号线用地层与mxt906串口线隔离；
35.对基带信号处理线路与高速模块之间的隔离设计，将处理芯片mcu放置板卡中央位置，将高速模块高精度定位模块放置板卡左上角，高精度定位模块的周围环绕过孔接地与基带信号处理线路隔离，基带信号处理线路的连线使用窄线相连，临近高速模块的位置覆铜箔，设置过孔矩阵接地，高速模块的地与基带信号处理线路的地大部分不连通，只通过跳线帽两点连接。
36.低功耗电源电路及保护设计，包括低功耗电源芯片及其外围电路，电源线路设计，电源滤波设计；
37.其中，对低功耗电源芯片选择，低频二级降压第一级5v供电选用tps5430；高精度定位芯片的3.3v供电用am1117-3.3v，并使用1220锂电池作断电数据保护供电；天线接口处使用tps7a2050pdbvr和lp5907mfx-3.0作电地隔离处理；
38.对电源线路设计，所述主板本体采用四层结构设计，其中两层分别为电源层和地层，作为电地隔离层；利用噪声最短路径泄放原理，在信号密集处放置接地过孔矩阵；电源芯片外围线路，使用带屏蔽罩的电感，电源布线采用填充式布线法，用电源线隔离高频低压的线路；
39.对电源滤波设计，使用π型滤波线路波对开关直流稳压电源芯片输出进行滤波处理；使用低通滤波器对低压差线性稳压电源进行滤波处理；用电器件拉长线反馈和接地，大电流区域使用边缘铺铜，过孔接地隔离；在电源输出端加入假负载。
40.对基带信号处理线路中，使用tps650250降压模块供电，有核电压自动切换保护模块、短路保护及电压输出使能端。
41.在本实用新型中，硬件设计结构中，由于多采用通用排线线束，因此本硬件设计可以使用其他的包装设计，能够满足用户的自定义需求。又由于在硬件电路板上采用变频芯片和高效电源稳压芯片，因此硬件集成度高、功耗低、体积小、应用范围广。又由于电源管理芯片包括过压保护、过流保护、核电压自动切换保护功能，配置有假负载，因此电路板上的各部分用电器若电压、电流异常，或者有短路点的话，电源自动断开，电路板上的假负载吸
收电容电感剩余能量，保护电路中芯片不受异常电压电流影响，从而保证芯片不会被烧坏。
42.有益效果
43.目前多数接收机的抗干扰极限为95db左右，防水采用普通硬橡胶材质封边，大多数防雷效果一般，本实用新型使用特定材料定制的外壳改进抗外界干扰、防水防雷设计，将接收机封装后，使用干扰信号发射源进行抗干扰测试，如表1，所测试的接收机抗干扰能力优秀。干扰数量不超过5个时，此接收机抗干扰极限不低于80db，抗干扰极限最大为101db，抗外界干扰设计效果显著。将接收机主机放置水中浸泡10分钟，只有少许水滴通过螺丝孔进入接收机内部，防水能力良好。使用雷击浪涌发生器，接到电源输入端和地线，正负极性干扰各加5次，浪涌的重复率峰值为1次/分钟，试验后浪涌保护开关自动保护，接收机主板无损且功能完好。
44.表1接收机抗干扰极限测试(单位db)
[0045][0046][0047]
一般接收机采用的滤波法是软件自适应抗干扰算法等，本实用新型根据电源滤波方案改进了传统接收机的滤波抗干扰设计，采用了电源滤波方案做模块隔离设计，包括π型lc滤波、π型rc滤波、电子滤波器电路、电地隔离等方法，电源模块与各类高速模块之间的隔离设计中，对射频前端处理模块的隔离设计测试，如图2的定位模块，将vcc的电压从2.7v～5v变化，天线输入峰值100mv的正弦波，测试天线信号到达输入射频放大器前的信号线波形，信号电压稳定，电压峰值几乎不变，测试信号电流波形，电流峰值几乎不变；用同样的方法，测试mxt906定位模块的信号线，电流电压峰值几乎不变；各通信模块接口的抗干扰隔离设计也采用同样办法，测试结果信号电压稳定、电流稳定，隔离设计使用电源滤波方案改进效果良好。
[0048]
以上所揭露的仅为本技术一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本技术之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本技术权利要求所作的等同变化，仍属于本技术所涵盖的范围。