專利名稱：多模嵌入式組合導航接收機和定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導航設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種多模嵌入式組合導航接收機和定位的方法。
背景技術(shù)：
我國將在2010年左右建成能向全球擴展的區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)“北斗二代”，實現(xiàn) 覆蓋我國及周邊地區(qū)與海域的實時三維定位、測速、高精度授時和部分地區(qū)的用戶位置報 告及雙向報文通信。屆時，我國衛(wèi)星導航與定位各級用戶將面臨四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)同 時可使用的局面，這些系統(tǒng)分別是美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的GL0NASS ；歐盟的 GALILEO (伽利略)和中國的“北斗二代”系統(tǒng)正在建設(shè)中。隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和GPS用戶需求的激增，美國GPS協(xié)作委員會對GPS系統(tǒng)的 發(fā)展和完善進行了近期(2010年以前)和遠期(2010年以后)規(guī)劃，其主要內(nèi)容就是所謂 的“GPS的現(xiàn)代化計劃”，即對GPS系統(tǒng)的各個組成部分_衛(wèi)星、信號和地面控制部分進行改 進。該計劃對在軍事用途方面的考慮可以歸納為三點1)保護美國在戰(zhàn)區(qū)對GPS的軍事應(yīng) 用；2)防止戰(zhàn)爭期間敵方使用GPS資源對其進行攻擊；3)維持在戰(zhàn)區(qū)外的民間應(yīng)用?？梢?看出，對美國而言，從國家安全問題考慮，希望能夠在最大限度地發(fā)揮GPS系統(tǒng)軍事效率的 同時，盡量降低由于敵方應(yīng)用它而帶來的風險。GPS的發(fā)展和相關(guān)政策的出臺對我國用戶使 用GPS資源存在著一定程度的影響。當GPS現(xiàn)代化計劃實施完畢以后，將民用信號應(yīng)用于軍事用途的可靠性和可用性 近似于零，另外，美國可以在特定階段關(guān)閉所有民用信號，防止敵方將C/A碼用于軍事用 途。為消除美國的這些相關(guān)政策對用戶的影響，多星座多模兼容接收機就應(yīng)運而生了。但 GPS/GLONASS/BDII多模式兼容型接收機都沒有進入實用階段。如圖1所示，當前主流技術(shù)提供的一種接收機，包括天線109、射頻接收芯片107、 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元103、基帶處理芯片100、數(shù)字處理器104和連接外部設(shè)備的RS232接口 108， 該接收機由于包括數(shù)字處理器104，所以裝置較多，結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多模嵌入式組合導航接收機和定位的方法，以提供一種結(jié)構(gòu)簡 單、成本較低、可靠性高的導航接收機和定位方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案一種多模嵌入式組合導航接收機，包括射頻接收芯片和基帶處理芯片，其中，所述 基帶處理芯片包括多模射頻數(shù)據(jù)處理單元、捕獲單元、跟蹤單元和精密單點定位處理單 元；所述射頻數(shù)據(jù)處理單元，與所述射頻接收芯片連接，用于接收所述射頻接收芯片 接收到的多種體制的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星信號生成基帶數(shù)據(jù)，并向所述捕獲單元發(fā)送 所述基帶數(shù)據(jù)；
所述捕獲單元，用于根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)分析并捕獲當前有用的衛(wèi)星信號，并將該 衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)向跟蹤單元發(fā)送；所述跟蹤單元，用于根據(jù)所述衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)跟蹤該衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的導航數(shù) 據(jù)，并向精密單點定位處理單元發(fā)送所述導航數(shù)據(jù)；所述精密單點定位處理單元，用于根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機精確的位置 fn息O其中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括RS-232接口，用于接收所述單點定 位處理單元位置信息，并將所述位置信息傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。其中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括模數(shù)處理單元，連接在所述射頻接收 芯片和基帶處理芯片之間，用于將所述射頻接收芯片接收到的衛(wèi)星信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并 將經(jīng)過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號向基帶處理芯片的射頻數(shù)據(jù)處理單元發(fā)送。其中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括DDRRAM接口，用于連接DDR RAM和所 述基帶處理芯片，用于將所述基帶處理芯片的數(shù)據(jù)緩存到DDR RAM和將所述基帶處理芯片 的易失性數(shù)據(jù)保存到DDR RAM。
其中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括FLASH ROM接口，用于連接FLASH ROM 和基帶處理芯片，用于將所述基帶處理芯片的非易失性數(shù)據(jù)保存到FLASH ROM。其中，所述基帶處理芯片上還設(shè)置有JTAG接口、LED接口、3uMAC/PHY接口、PROM 配置接口和硬件用戶DIP轉(zhuǎn)換接口。一種定位的方法，應(yīng)用在基帶處理芯片中，所述基帶處理芯片包括多模射頻數(shù)據(jù) 處理單元、捕獲單元、跟蹤單元和精密單點定位處理單元；該方法包括步驟多模射頻數(shù)據(jù)處理單元接收所述射頻接收芯片接收到的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星 信號生成基帶數(shù)據(jù)，并向所述捕獲單元發(fā)送所述基帶數(shù)據(jù)；捕獲單元根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)分析并捕獲當前有用的衛(wèi)星信號，并將該衛(wèi)星信號的 數(shù)據(jù)向跟蹤單元發(fā)送；跟蹤單元根據(jù)所述衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)跟蹤該衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù)，并向精 密單點定位處理單元發(fā)送所述導航數(shù)據(jù)；精密單點定位處理單元根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機的精確位置信息。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的多模嵌入式組合導航接收機和定位方法 只需要通過基帶處理芯片結(jié)合軟件實現(xiàn)單點精確定位，因此該導航接收機結(jié)構(gòu)簡單、成本 較低、可靠性高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的導航接收機的結(jié)構(gòu)原理圖；。圖2為本發(fā)明實施例提供的導航接收機的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的基帶處理芯片的結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的定位方法的流程圖。
具體實施例方式為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明提供的實施例。本發(fā)明實施例提供一種多模嵌入式組合導航接收機，用于接收多體制的導航衛(wèi)星信號，并進行相應(yīng)處理來實現(xiàn)精確定位，提供該多模嵌入式導航接收機的位置信息，廣泛的 應(yīng)用在軍事和民用場合。該導航接收機為多模嵌入式的，采用“二片機”結(jié)構(gòu)，即包含射頻 接收芯片(RFIC)和基帶處理芯片(FPGA)?！岸瑱C”的設(shè)計結(jié)構(gòu)，最大限度地保障多模嵌 入式組合導航接收機產(chǎn)業(yè)化與可擴展性、可延續(xù)性和可重構(gòu)性。其關(guān)鍵技術(shù)和核心內(nèi)容之一是基帶信號處理技術(shù)和嵌入式軟件?；鶐盘柼幚碥?件和嵌入式軟件運行于基帶處理芯片上，完成對射頻接收芯片輸出的衛(wèi)星信號進行相關(guān)處 理、信號捕獲與跟蹤、碼環(huán)路控制、載波環(huán)路控制、兼容信號識別與處理、導航數(shù)據(jù)獲取、偽 距測量、多普勒頻移測量等。如圖2，該多模嵌入式組合導航接收機，包括多模射頻接收芯片207和基帶處理芯 片200，其中，如圖3所示，所述基帶處理芯片200包括多模射頻數(shù)據(jù)處理單元211、捕獲單 元212、跟蹤單元213和精密單點定位處理單元214 ；射頻接收芯片207接收來自衛(wèi)星接收天線209的衛(wèi)星信號，同時把這些衛(wèi)星信號 變頻到中頻(IF)。各通道的中頻信號不是一樣的，這些中頻信號有不同的特性以及帶寬的 不重疊性，這些中頻信號采用各自獨立的模數(shù)處理單元203，圖2中只畫出二個模數(shù)處理單 元203、210，實際上還有根據(jù)不同的中頻信號都各自對應(yīng)一個模數(shù)處理單元，以不同的采樣 速率完成這些中頻信號的A/D采樣和轉(zhuǎn)換。具體的，一個模數(shù)處理單元203，連接在所述射 頻接收芯片和基帶處理芯片之間，用于將所述射頻接收芯片接收到的多種體制的導航衛(wèi)星 信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號向基帶處理芯片的射頻數(shù)據(jù)處理 單元發(fā)送。所述射頻數(shù)據(jù)處理單元211，與所述射頻接收芯片207連接，用于接收所述射頻接 收芯片207通過天線209接收到的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星信號生成基帶數(shù)據(jù)，對基帶數(shù)據(jù) 進行相關(guān)的處理，并向所述捕獲單元212發(fā)送所述基帶數(shù)據(jù)；所述捕獲單元212，用于根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)分析并捕獲當前有用的衛(wèi)星信號，并將 該衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)向跟蹤單元213發(fā)送；所述跟蹤單元213，用于根據(jù)所述衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)跟蹤該衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的導航 數(shù)據(jù)，并向單點定位處理單元214發(fā)送所述導航數(shù)據(jù)；所述精密單點定位處理單元214，用于根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機的位置 信息。下面詳細描述該單點定位處理單元214根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機的位置信 息的情況由于各種誤差因素的影響，如衛(wèi)星軌道誤差，衛(wèi)星時鐘誤差電離層和對流層的 誤差，即使在當前美國，取消了 SA(Selective Availability)的影響，傳統(tǒng)的單點定位 也只能達到大約10米的定位精度。這不能夠滿足精密導航定位的需要。以前，用戶需 要采用差分定位的方式來消除上述誤差的影響，來提高精度。例如，利用偽距差分的 DGPS(Differential GPS)和利用相位差分的實時動態(tài)技術(shù)RTK(Real-Time Kinematic)。差 分定位利用基準站(Base Station)和流動站(Rover Station)之間誤差的相關(guān)性來消除 或削弱上述誤差的影響。但是差分定位需要至少一個基準站設(shè)置于高精度的已知點上。而 且，基準站和流動站之間距離也受到誤差的相關(guān)性限制。例如DGPS只能在100公里以內(nèi)的基線上達到米級的精度，RTK只能在幾十(一般20)公里以內(nèi)的基線上達到厘米級精度。已知的基準站坐標和段的基線距離在很多時候是很難滿足的，例如航空和航海作業(yè)。例如現(xiàn) 在航空攝影測量一般需要在地面上設(shè)置幾十個的基準站。這無疑增加了作業(yè)成本和時間。隨著高精度的精密衛(wèi)星軌道和時鐘的出現(xiàn)，一種新的精密定位技術(shù)，精密單點定 位技術(shù)PPP (Precise Point Positioning)，已越來越受到關(guān)注。PPP利用精密軌道和時鐘 來消除衛(wèi)星軌道和時鐘誤差，利用雙頻觀測值來消除電離層的影響。通過相位觀測值來估 計對流層延遲。由于上述誤差都可以削弱到厘米級左右，PPP利用單站GPS就可以達到幾 個厘米的精度，即傳統(tǒng)RTK的精度。這無疑大大提高了高精度定位作業(yè)的靈活性，降低了作 業(yè)成本。而且PPP可以精確地估計對流層的延遲和接收機鐘差，這些信息廣泛用于氣象和 授時守時服務(wù)。這些優(yōu)點都是差分定位技術(shù)無可比擬的。隨著GL0NASS系統(tǒng)的不斷完善，以及歐洲的GALILEO系統(tǒng)的實施，PPP的精度和完 備性將進一步提高。已經(jīng)支持GL0NASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對GALILEO和北斗系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理 隨著衛(wèi)星系統(tǒng)的完善而逐漸完善。PPP可以是測量單機硬件形式，也可以接口其它測量儀器的系統(tǒng)軟件形式。由于 PPP的單點的便捷性及高精度能力，可以廣泛應(yīng)用于航空測量的持續(xù)精密定位、港口精密導 航、地標的高精度3坐標定位、高精度的地貌的3維測量、以及高精度的軍用定位等。在進一步的實施例中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括RS_232接口 208，用 于接收所述單點定位處理單元214位置信息，并將所述位置信息傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。以供外 部設(shè)備顯示出來，供人們確認位置信息。該RS-232接口 208的傳輸速率57600bps，8bits、 無奇偶性、無停止位，配合相應(yīng)軟件，能實現(xiàn)控制和簡單的調(diào)試功能。在進一步的實施例中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括DDR RAM(雙倍數(shù)據(jù) 速率內(nèi)存)接口 206，用于連接DDR RAM和所述基帶處理芯片200，用于將所述基帶處理芯 片200的數(shù)據(jù)緩存到DDR RAM和將所述基帶處理芯片200的易失性數(shù)據(jù)保存到DDRRAM。在進一步的實施例中，該多模嵌入式組合導航接收機還包括FLASHR0M(閃存)接 口 205，用于連接FLASH ROM和基帶處理芯片200，用于將所述基帶處理芯片200的非易失 性數(shù)據(jù)保存到FLASH ROM。用于寫入相應(yīng)的FPGA和DSP固件代碼，防止數(shù)據(jù)丟失。進一步的實施例中，所述基帶處理芯片200上還設(shè)置有JTAG(聯(lián)合測試工作組) 接口 201、LED(發(fā)光二極管)接口、3u MAC/PHY接口、PROM(可編程的存儲器)配置接口和 硬件用戶DIP (雙列直插式封裝)轉(zhuǎn)換接口。其中協(xié)議為IEEE 802的3u MAC/PHY (MAC層 /物理層)接口，實現(xiàn)Ethernet (以太網(wǎng))的通信。JTAG接口，實現(xiàn)硬件調(diào)試和便捷掃描配 置。PROM配置接口，實現(xiàn)程序的非易失性配置。該基帶處理芯片上還設(shè)置有LED接口，指示 各個硬件的狀態(tài)。該射頻接收芯片207和基帶處理芯片200還連接有時鐘單元202，以與衛(wèi) 星同步。本發(fā)明實施例還提供一種定位的方法，應(yīng)用在基帶處理芯片中，所述基帶處理芯 片包括多模射頻數(shù)據(jù)處理單元、捕獲單元、跟蹤單元和精密單點定位處理單元；如圖4所 示，該方法包括步驟301、所述射頻數(shù)據(jù)處理單元接收所述射頻接收芯片接收到的衛(wèi)星信號，并將所述 衛(wèi)星信號生成基帶數(shù)據(jù)，并向所述捕獲單元發(fā)送所述基帶數(shù)據(jù)；302、所述捕獲單元根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)分析并捕獲當前有用的衛(wèi)星信號，并將該衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)向跟蹤單元發(fā)送；303、所述跟蹤單元根據(jù)所述衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)跟蹤該衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的導航數(shù) 據(jù)，并向精密單點定位處理單元發(fā)送所述導航數(shù)據(jù)；304、所述精密單點定位處理單元根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機精確的位置
fn息ο以上對本發(fā)明實施例所提供的一種多模嵌入式組合導航接收機和定位方法進行 了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式
及應(yīng) 用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種多模嵌入式組合導航接收機，其特征在于，包括射頻接收芯片和基帶處理芯片，其中，所述基帶處理芯片包括多模射頻數(shù)據(jù)處理單元、捕獲單元、跟蹤單元和精密單點定位處理單元；所述射頻數(shù)據(jù)處理單元，與所述射頻接收芯片連接，用于接收所述射頻接收芯片接收到的多種體制的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星信號生成基帶數(shù)據(jù)，并向所述捕獲單元發(fā)送所述基帶數(shù)據(jù)；所述捕獲單元，用于根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)分析并捕獲當前有用的衛(wèi)星信號，并將該衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)向跟蹤單元發(fā)送；所述跟蹤單元，用于根據(jù)所述衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)跟蹤該衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù)，并向精密單點定位處理單元發(fā)送所述導航數(shù)據(jù)；所述精密單點定位處理單元，用于根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機精確的位置信息。
2.如權(quán)利要求1所述多模嵌入式組合導航接收機，其特征在于，還包括RS-232接口， 用于接收所述單點定位處理單元位置信息，并將所述位置信息傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。
3.如權(quán)利要求1所述多模嵌入式組合導航接收機，其特征在于，還包括模數(shù)處理單 元，連接在所述多模射頻接收芯片和基帶處理芯片之間，用于將所述多模射頻接收芯片接 收到的衛(wèi)星信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號向基帶處理芯片的射 頻數(shù)據(jù)處理單元發(fā)送。
4.如權(quán)利要求1所述多模嵌入式組合導航接收機，其特征在于，還包括DDRRAM接口， 用于連接DDR RAM和所述基帶處理芯片，用于將所述基帶處理芯片的數(shù)據(jù)緩存到DDR RAM 和將所述基帶處理芯片的易失性數(shù)據(jù)保存到DDRRAM。
5.如權(quán)利要求1所述多模嵌入式組合導航接收機，其特征在于，還包括FLASHROM接 口，用于連接FLASH ROM和基帶處理芯片，用于將所述基帶處理芯片的非易失性數(shù)據(jù)保存到 FLASH ROM。
6.如權(quán)利要求1所述多模嵌入式組合導航接收機，其特征在于，所述基帶處理芯片上 還設(shè)置有=JTAG接口、LED接口、3uMAC/PHY接口、PROM配置接口和硬件用戶DIP轉(zhuǎn)換接口。
7.—種定位的方法，其特征在于，應(yīng)用在基帶處理芯片中，所述基帶處理芯片包括多 模射頻數(shù)據(jù)處理單元、捕獲單元、跟蹤單元和精密單點定位處理單元；該方法包括步驟多模射頻數(shù)據(jù)處理單元接收所述射頻接收芯片接收到的衛(wèi)星信號，并將所述衛(wèi)星信號 生成基帶數(shù)據(jù)，并向所述捕獲單元發(fā)送所述基帶數(shù)據(jù)；捕獲單元根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)分析并捕獲當前有用的衛(wèi)星信號，并將該衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù) 向跟蹤單元發(fā)送；跟蹤單元根據(jù)所述衛(wèi)星信號的數(shù)據(jù)跟蹤該衛(wèi)星，獲取該衛(wèi)星的導航數(shù)據(jù)，并向精密單 點定位處理單元發(fā)送所述導航數(shù)據(jù)；精密單點定位處理單元根據(jù)所述導航數(shù)據(jù)確定所述接收機的精確位置信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多模嵌入式組合導航接收機，包括射頻接收芯片和基帶處理芯片，其中，所述基帶處理芯片包括多模射頻數(shù)據(jù)處理單元、捕獲單元、跟蹤單元和精密單點定位處理單元。本發(fā)明提供的多模嵌入式組合導航接收機無需數(shù)字處理器(DSP)，只需要通過基帶處理芯片結(jié)合軟件實現(xiàn)定位，因此該導航接收機結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、可靠性高。
文檔編號G01S5/02GK101825695SQ200910103310
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者張海呈, 張繼宏 申請人:重慶星熠導航設(shè)備有限公司