基于北斗高精度的ais船載終端的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于北斗高精度的AIS船載終端，包括：天線，從北斗衛(wèi)星接收北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)；通訊模塊，用于從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)接收差分信息；差分定位模塊，與天線以及通訊模塊通信連接，根據(jù)從天線接收的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及從通訊模塊接收的差分信息，輸出經(jīng)過差分運(yùn)算后得到的定位信號。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，利用差分定位模塊與北斗系統(tǒng)之間的通信，并利用與地面的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行差分定位，能夠提高船只定位的精度，精確到米級別。
【專利說明】
基于北斗高精度的AIS船載終端
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于北斗高精度的AIS船載終端。
【背景技術(shù)】
[0002]AIS(Automatic Identificat1n System，船舶自動(dòng)識別系統(tǒng))由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，是一種新型的集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息顯示技術(shù)為一體的數(shù)字助航系統(tǒng)和設(shè)備。船舶自動(dòng)識別系統(tǒng)(AIS)誕生于20世紀(jì)90年代，由艦船、飛機(jī)之?dāng)澄易R別器發(fā)展而成。帶有AIS系統(tǒng)的AIS船載終端配合全球定位系統(tǒng)(GPS)將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動(dòng)態(tài)結(jié)合船名、呼號、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)向附近水域船舶及岸臺廣播，使鄰近船舶及岸臺能及時(shí)掌握附近海面所有船舶之動(dòng)靜態(tài)資訊，得以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，有效保障船舶航行安全。
[0003]AIS設(shè)備是依托全球定位系統(tǒng)(GPS)，通過其系統(tǒng)的空間站、地面站的計(jì)算機(jī)和船上的GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號，確定船位，廣播船位。由于GPS所采用的坐標(biāo)系與某些水域不一致、GPS受美國政府所提供精度限制以及各類物理?xiàng)l件，GPS接收機(jī)測得的船位是有誤差的，于是產(chǎn)生了部分?？吭诖a頭或拋錨在錨地的船舶，在有AIS信息融合的電子海圖和雷達(dá)圖像中，其AIS標(biāo)記(銳角等腰三角形)會出現(xiàn)位置偏差，如在岸上或在航道中等;部分船舶用肉眼觀測在正前方偏左的方位上，但在電子海圖或雷達(dá)顯示中，AIS標(biāo)記會出現(xiàn)在正前方甚至正前方偏右的方位上等等。
[0004]因此，現(xiàn)有的船載終端存在定位誤差太大的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種AIS船載終端，能夠進(jìn)行精確的船只定位。
[0006]—種基于北斗高精度的AIS船載終端，包括:
[0007]天線，從北斗衛(wèi)星接收北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)；
[0008]通訊模塊，用于從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)接收差分信息；
[0009]差分定位模塊，與天線以及通訊模塊通信連接，根據(jù)從天線接收的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及從通訊模塊接收的差分信息，輸出經(jīng)過差分運(yùn)算后得到的定位信號。
[0010]進(jìn)一步而言，所述差分定位模塊包括射頻信號處理模塊以及基頻信號處理模塊，其中:
[0011 ]所述射頻信號處理模塊與天線以及基頻信號處理模塊通信連接，用于將來自天線的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為中頻信號后發(fā)送至基頻信號處理模塊；
[0012]所述基頻信號處理模塊與通訊模塊通信連接，用于將來自射頻信號處理模塊的中頻信號與來自通訊模塊的差分信息進(jìn)行偽距差分運(yùn)算后輸出定位信號。
[0013]進(jìn)一步而言，所述差分定位模塊還包括:
[0014]主電源模塊，與射頻信號處理模塊以及基頻信號處理模塊電連接；
[0015]備用電源模塊，與射頻信號處理模塊以及基頻信號處理模塊電連接，并與主電源模塊通信連接以檢測主電源模塊的工作狀態(tài)；
[0016]充電電路，與備用電源模塊連接，為備用電源模塊充電。
[0017]進(jìn)一步而言，所述射頻信號處理模塊為雙模射頻芯片，用于兼容轉(zhuǎn)換來自天線的射頻形式的GPS位置數(shù)據(jù)以及射頻形式的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù);對應(yīng)地，所述基頻信號處理模塊為雙?；鶐酒?，用于兼容處理經(jīng)射頻信號處理模塊轉(zhuǎn)換所得的中頻信號。
[0018]進(jìn)一步而言，所述基頻信號處理模塊設(shè)有與通訊模塊連接的切換指令輸入端，用于從通訊模塊接收在單模處理GPS位置數(shù)據(jù)、單模處理北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及雙模處理數(shù)據(jù)間切換的切換指令。
[0019]進(jìn)一步而言，所述天線為兼容接收GPS位置數(shù)據(jù)以及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)的雙模天線。
[0020]進(jìn)一步而言，所述基頻信號處理模塊包括用于輸出GPS位置數(shù)據(jù)或北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)的第一輸出端以及用于輸出差分運(yùn)算后所得定位信號的第二輸出端。
[0021]進(jìn)一步而言，所述差分定位模塊還包括與天線通信的過流保護(hù)模塊，用于檢測天線狀態(tài)并在天線短路狀態(tài)下進(jìn)行過流保護(hù)。
[0022]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，利用差分定位模塊與北斗系統(tǒng)之間的通信，并利用與地面的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行差分定位，能夠提高船只定位的精度，精確到米級別。差分定位模塊中的射頻信號處理模塊及基頻信號處理模塊均為雙模芯片，兼容處理GPS位置數(shù)據(jù)以及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)來自上位機(jī)的命令在單模及雙模之間切換，便于根據(jù)定位的需要以及環(huán)境的要求處理GPS位置數(shù)據(jù)、北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)其中一者或兩者均進(jìn)行處理。在主電源外提供備用電源，能夠在主電源出現(xiàn)故障的情況下啟用備用電源，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性;在輸出差分運(yùn)算后的定位信號之外，還能夠輸出射頻信號解調(diào)后的基頻信號(即原始觀測量)供參考，提高用戶的使用靈活性。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的AIS船載終端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為當(dāng)前實(shí)施例的差分定位模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為當(dāng)前實(shí)施例的雙?；鶐酒慕Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為當(dāng)前實(shí)施例的AIS船載終端進(jìn)行定位所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本實(shí)用新型更加清楚明了，現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例加以進(jìn)一步的解釋說明。
[0028]當(dāng)前實(shí)施例的AIS船載終端如圖1所示，包括:差分定位模塊、天線以及通訊模塊。AIS船載終端進(jìn)行定位的結(jié)構(gòu)示意圖參考圖4，AIS船載終端與北斗衛(wèi)星系統(tǒng)通信，且通過地面移動(dòng)基站與經(jīng)過部署的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)(CORS)及數(shù)據(jù)中心進(jìn)行通信，從CORS獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)，并從北斗衛(wèi)星系統(tǒng)獲取北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
[0029]當(dāng)前實(shí)施例的差分定位模塊為高精度的雙模北斗差分定位模塊，如圖2所示，雙模北斗差分定位模塊支持BD2B1/GPS LI頻點(diǎn)，即支持處理來自天線的GPS位置數(shù)據(jù)及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在差分定位模塊內(nèi)部集成了射頻信號處理模塊及基頻信號處理模塊，當(dāng)前實(shí)施例中，由于差分定位模塊為支持GPS位置數(shù)據(jù)及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)兩種模式，因此，基頻信號處理模塊為自主研發(fā)支持BD2B1/GPS LI頻點(diǎn)的雙模基帶芯片，而射頻信號處理模塊為一款國產(chǎn)可配置支持BD2B1/GPS LI的雙模射頻芯片。
[0030]如圖1及圖2所示，當(dāng)前實(shí)施例的天線接收空中衛(wèi)星的GPS位置數(shù)據(jù)及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在其他實(shí)現(xiàn)方式中，可以只接收北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)。天線將接收到的衛(wèi)星信號發(fā)送給雙模射頻芯片，雙模射頻芯片內(nèi)部進(jìn)行解調(diào)處理，解調(diào)包括將接收到的射頻形式GPS位置數(shù)據(jù)及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)經(jīng)LNA(低噪聲放大器)放大、混頻處理后送到中頻濾波器，然后通過VGA(可變增益放大器)和AGC (自動(dòng)增益控制)之后，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將GPS位置數(shù)據(jù)及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信號形式發(fā)送給雙?；鶐酒ｋp?；鶐酒邮盏诫p模射頻芯片送來的數(shù)字中頻信號以及串口輸入的差分修正信息，經(jīng)過捕獲和跟蹤、定位解算等一系列算法處理后，通過串口輸出NMEA格式的數(shù)據(jù)并給出IPPS信號。
[0031]參考圖3，在雙模基帶芯片中內(nèi)置有偽距差分算法，且設(shè)有第一輸出端及第二輸出端，其中第一輸出端支持原始觀測量輸出，為基于北斗的高精度船載終端產(chǎn)品提供了高靈敏度、低功耗、低成本的BD2B1/GPS LI差分雙模解決方案。如圖2所示，差分定位模塊設(shè)計(jì)有兩組UART串口，分別為串口 I (TXDI/RXDI)和串口 2 (TXD2/RXD2)。串口 I中的輸入端(RXDI)負(fù)責(zé)接收RTCM協(xié)議數(shù)據(jù)，同時(shí)串口 I中的輸出端(TXDl)為第一輸出端在UTC秒邊界輸出經(jīng)差分運(yùn)算后的定位信號或者原始觀測量數(shù)據(jù)，其中經(jīng)差分運(yùn)算后得到的定位信號為NMEA數(shù)據(jù)格式。上位機(jī)也可以通過圖1中的通訊模塊向差分定位模塊的串口 I發(fā)送切換指令，對差分定位模塊進(jìn)行工作模式切換、軟件升級等操作，從而差分定位模塊中的雙?；鶐酒梢赃M(jìn)行單模GPS位置數(shù)據(jù)處理(僅處理GPS位置數(shù)據(jù)用于定位)、單模北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理(僅處理北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于定位)以及雙模數(shù)據(jù)處理(兩者結(jié)合得到定位信號)的切換。差分定位模塊支持的波特率范圍為4800bps?115200bps，默認(rèn)波特率為9600bps。數(shù)據(jù)格式為:起始位I位、數(shù)據(jù)位8位、停止位I位、無校驗(yàn)位。串口 2的輸出端(TXD2)是備用串口，默認(rèn)不輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)切換到原始觀測量輸出模式時(shí)，和串口 I同步輸出原始觀測量，默認(rèn)波特率為115200bps。其中串口 2的輸入端(RXD2)也可接收輸出模式切換指令以及用于軟件升級。
[0032]如圖3所示，雙?；鶐酒腥齻€(gè)電源輸入管腳與一個(gè)電源輸出管腳(VCC_RF)。其中VCC連接差分定位模塊的主電源模塊;V_BCKP連接到模塊的備用電源模塊，備份電源模塊檢測主電源模塊的狀態(tài)，并在主電源VCC斷電時(shí)給RTC電路供電，確保關(guān)鍵信息不丟失，以實(shí)現(xiàn)熱啟動(dòng)功能，定位差分模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)有對備用電源模塊的充電電路，推薦外接可充電的電池或大容量電容;V_ANT是天線供電輸入管腳，模塊內(nèi)部通過電感與RF_IN連接;VCC_RF輸出VCC電壓值，可用于天線供電。
[0033]差分定位模塊的天線接口(RF_IN管腳)可直接連接天線內(nèi)的BD2B1/GPSLI雙模天線。在差分定位模塊內(nèi)部有天線狀態(tài)檢測功能，默認(rèn)每秒通過NMEA的TXT語句上報(bào)天線的狀態(tài)，包括正常連接(OK)、開路(OPEN)和短路(SHORT)三種狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生天線短路時(shí)，模塊會啟動(dòng)自保護(hù)功能，避免產(chǎn)生過大的短路電流;當(dāng)天線短路情況消除后，模塊可自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
[0034]本實(shí)用新型采用船載高精度衛(wèi)星定位設(shè)備，運(yùn)用北斗/GPS雙模差分技術(shù)，接收北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)差分?jǐn)?shù)據(jù)，從而精確定位船只的動(dòng)態(tài)位置。差分?jǐn)?shù)據(jù)就是通過在固定測站和流動(dòng)測站上進(jìn)行同步觀測，利用在固定測站上所測得衛(wèi)星定位誤差數(shù)據(jù)改正流動(dòng)測站上定位結(jié)果的衛(wèi)星定位的一種技術(shù)。系統(tǒng)根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。高精度船載終端在進(jìn)行觀測的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。定位精度均能達(dá)到米級的誤差，誤差可在3米之內(nèi)。利用本實(shí)用新型的AIS船載終端，可避免船舶碰撞、減少人命和財(cái)產(chǎn)損失，可為船舶提供水域交通動(dòng)態(tài)和交通指引等服務(wù);在海事管理方面可實(shí)現(xiàn)對船舶航行的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視和管理，推動(dòng)進(jìn)而交通運(yùn)輸信息化工程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于北斗高精度的Ais船載終端，其特征在于，包括: 天線，從北斗衛(wèi)星接收北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)； 通訊模塊，用于從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)接收差分信息； 差分定位模塊，與天線以及通訊模塊通信連接，根據(jù)從天線接收的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及從通訊模塊接收的差分信息，輸出經(jīng)過差分運(yùn)算后得到的定位信號。2.如權(quán)利要求1所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述差分定位模塊包括射頻信號處理模塊以及基頻信號處理模塊，其中: 所述射頻信號處理模塊與天線以及基頻信號處理模塊通信連接，用于將來自天線的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為中頻信號后發(fā)送至基頻信號處理模塊； 所述基頻信號處理模塊與通訊模塊通信連接，用于將來自射頻信號處理模塊的中頻信號與來自通訊模塊的差分信息進(jìn)行偽距差分運(yùn)算后輸出定位信號。3.如權(quán)利要求2所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述差分定位模塊還包括: 主電源模塊，與射頻信號處理模塊以及基頻信號處理模塊電連接； 備用電源模塊，與射頻信號處理模塊以及基頻信號處理模塊電連接，并與主電源模塊通信連接以檢測主電源模塊的工作狀態(tài)； 充電電路，與備用電源模塊連接，為備用電源模塊充電。4.如權(quán)利要求2所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述射頻信號處理模塊為雙模射頻芯片，用于兼容轉(zhuǎn)換來自天線的射頻形式的GPS位置數(shù)據(jù)以及射頻形式的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù);對應(yīng)地，所述基頻信號處理模塊為雙模基帶芯片，用于兼容處理經(jīng)射頻信號處理模塊轉(zhuǎn)換所得的中頻信號。5.如權(quán)利要求4所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述基頻信號處理模塊設(shè)有與通訊模塊連接的切換指令輸入端，用于從通訊模塊接收在單模處理GPS位置數(shù)據(jù)、單模處理北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及雙模處理數(shù)據(jù)間切換的切換指令。6.如權(quán)利要求2所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述天線為兼容接收GPS位置數(shù)據(jù)以及北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)的雙模天線。7.如權(quán)利要求6所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述基頻信號處理模塊包括用于輸出GPS位置數(shù)據(jù)或北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)的第一輸出端以及用于輸出差分運(yùn)算后所得定位信號的第二輸出端。8.如權(quán)利要求6所述基于北斗高精度的AIS船載終端，其特征在于，所述差分定位模塊還包括與天線通信的過流保護(hù)模塊，用于檢測天線狀態(tài)并在天線短路狀態(tài)下進(jìn)行過流保護(hù)。
【文檔編號】B63B49/00GK205574230SQ201620402449
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】李帥, 李東紅, 吳海紅, 晏敏, 葉力萌
【申請人】浙大正呈科技有限公司