專利名稱：Gnss多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，特別涉及一種北斗/GPS/GL0NASS/GALIE0的多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端。
背景技術(shù)：
自美國GPS和俄羅斯GL0NASS之后，歐洲GALILEO、中國北斗等其它全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)也迅速發(fā)展起來，多GNSS系統(tǒng)的建設(shè)，使系統(tǒng)間兼容與互操作成為各大系統(tǒng)和諧共處、提供更好服務(wù)、提高市場競爭力的必然手段?！盎ゲ僮鳌?Interoperability)是指聯(lián)合使用多定位、導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)所提供的服務(wù)，從而在用戶層面提供較好的性能服務(wù)，而 不是依靠單一系統(tǒng)的服務(wù)或信號來獲得服務(wù)。該定義有兩層含義首先，互操作意味著不同的GNSS系統(tǒng)可以獨(dú)立提供相同的服務(wù)結(jié)果，當(dāng)然是在各自系統(tǒng)的標(biāo)稱精度范圍內(nèi)，即所謂的“系統(tǒng)互操作”;另外，互操作意味著除了系統(tǒng)自身提供信號之外還需要其他系統(tǒng)的信號，這些信號性能相似可以用來簡化GNSS多系統(tǒng)接收機(jī)的設(shè)計(jì)，即所謂的“信號互操作”。目前，使用単一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位時(shí)由于存在導(dǎo)航定位測量的間隙時(shí)段和外部干擾使得定位的連續(xù)性差，可靠性低，精度不高，而使用単一衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在做多衛(wèi)星導(dǎo)航接收時(shí)需設(shè)置多套接收設(shè)備增加了成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供ー種功能完善、可進(jìn)行連續(xù)和可靠的高精度導(dǎo)航定位的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端。為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端包括天線模塊，射頻通道，可配置信號處理模塊，嵌入式處理模塊和用戶界面；其中所述天線模塊為多頻點(diǎn)原極化天線；所述射頻通道實(shí)現(xiàn)信號分離和抑制鏡像；所述可配置信號處理模塊是參數(shù)可配置的且使用可配置擴(kuò)頻碼發(fā)生器在同一模塊下兼容捕獲多系統(tǒng)信號，包括多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元；所述嵌入式處理模塊實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航和相關(guān)配置；所述天線模塊與射頻通道相連，所述射頻通道分別與多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元相連，多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元相連分別與多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和嵌入式處理模塊相連。所述多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元使用解擴(kuò)DLL環(huán)路解調(diào)和COSTAS環(huán)路結(jié)構(gòu)，環(huán)路中擴(kuò)頻碼、載波NC0、擴(kuò)頻碼NCO的產(chǎn)生可配置。所述射頻通道包括射頻模塊，包括低噪聲放大器、下變頻器、晶振、頻率綜合器，自動增益控制器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述晶振和頻率綜合器為系統(tǒng)處理部件提供頻標(biāo)和頻率源；所述晶振與所述頻率綜合器相連；所述低噪聲放大器、頻率綜合器、自動增益控制器分別與下變頻器相連；所述下變頻器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與自動增益控制器相連。所述多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元包括低通濾波器、碼發(fā)生與緩存器、MXN緩存器、N階匹配濾波器、M點(diǎn)FFT變換器、平方和運(yùn)算器和峰值檢測器；所述低通濾波器，碼發(fā)生與緩存器和MXN緩存器分別與N階匹配濾波器相連；所述M點(diǎn)FFT變換器和峰值檢測器分別與平方和運(yùn)算器相連。所述嵌入式處理模塊包括多系統(tǒng)互操作信息處理單元和導(dǎo)航信息融合単元；所述多系統(tǒng)互操作信息處理單元完成各衛(wèi)星系統(tǒng)定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)的計(jì)算；所述導(dǎo)航信息融合単元負(fù)責(zé)通道調(diào)度和人機(jī)交互。所述載波NCO包括中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器、正交相移，SIN函數(shù)映射表模塊。嵌入式處理模塊分別與中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器相連；中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器分別與第一加法器相連；驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器與第三乘法器相連；載波相位累加器分別與第二加法器、正交相移SIN函數(shù)映射表模塊相連；第四乘法器分別與第一加法器、第三乘法器、第二加法器相連；正交相移與SIN函數(shù)映射表模塊相連。 所述擴(kuò)頻碼NCO包括中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器、相位/幅度函數(shù)映射表模塊，所述嵌入式處理模塊分別與中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器相連；中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器分別與第一加法器相連；驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器與第三乘法相位/幅度函數(shù)映射表模塊相連；第四乘法器分別與第一加法器、第三乘法器、第二加法器相連。所述擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器包括擴(kuò)頻碼行數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼尾行列數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼子序列緩沖器、擴(kuò)頻碼行計(jì)數(shù)器、擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器、比較器、選擇器、擴(kuò)頻碼序列移位寄存器和輸出鎖存與緩沖器；所述嵌入式處理模塊分別與擴(kuò)頻碼行數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼行計(jì)數(shù)器、擴(kuò)頻碼尾行列數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器、擴(kuò)頻碼子序列緩沖器、擴(kuò)頻碼序列移位寄存器相連；擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器與比較器相連；選擇器分別與擴(kuò)頻碼尾行列數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器和比較器的輸出相連；擴(kuò)頻碼序列移位寄存器分別與擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器、輸出鎖存與緩沖器相連。射頻通道將天線接收的定位導(dǎo)航信號進(jìn)行低噪放、下變頻后變頻為中頻信號，再將中頻信號與本地載波相乘得到I，Q兩路信號，經(jīng)濾波、采樣和量化后送入多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元；多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元將I，Q兩路信號進(jìn)行匹配濾波后與本地N位信號相關(guān)，得到N個(gè)相關(guān)值，M次運(yùn)算后(M為2的整數(shù)次冪)形成MXN維矩陣并存入MXN緩存器，將相關(guān)值進(jìn)行多點(diǎn)輸入多點(diǎn)輸出的FFT變換后得到信號功率譜分布，通過峰值檢測器檢測MXN維矩陣列向量上各元素是否為各行功率最大值，完成捕獲多系統(tǒng)信號；信號捕獲后，多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元啟動工作，同時(shí)為衛(wèi)星信號提供最多48個(gè)處理通道，每個(gè)處理同時(shí)使用可配置擴(kuò)頻碼發(fā)生器、可配置擴(kuò)頻碼NCO和可配置載波NC0，在相同硬件處理通道中兼容跟蹤多系統(tǒng)信號；捕獲跟蹤后所產(chǎn)生的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)流進(jìn)入嵌入式處理模塊綜合導(dǎo)航電文實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航。優(yōu)選天線模塊接收GPS的LI頻點(diǎn)，北斗的B3頻點(diǎn)、GALIEO的E6A頻點(diǎn)和GL0NASS中心頻點(diǎn)信號。優(yōu)選下變頻器將射頻信號變頻至12. 24M的中頻信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將來自模擬射頻模塊的12. 24M的中頻信號；本實(shí)用新型有益效果在于終端兼容性高，可在復(fù)雜環(huán)境下正常穩(wěn)定工作；運(yùn)行穩(wěn)定可靠、可進(jìn)行連續(xù)和可靠的高精度導(dǎo)航定位；擺脫對單一衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的依賴；獨(dú)立高效自主完善性監(jiān)測，導(dǎo)航結(jié)果更加安全可靠。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為互操作信號的射頻通道設(shè)計(jì)圖。圖3為互操作信號的捕獲處理結(jié)構(gòu)圖。圖4為可配置載波NCO的結(jié)構(gòu)圖。圖5為可配置擴(kuò)頻碼NCO的結(jié)構(gòu)圖。圖6為可配置擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型包括天線模塊、射頻模塊天線模塊、可配置信號處理模塊、嵌入式處理模塊和用戶界面；天線模塊實(shí)現(xiàn)北斗/GPS/GL0NASS/GALIE0四大導(dǎo)航系統(tǒng)四個(gè)頻點(diǎn)的圓極化天線；射頻模塊包括低噪聲放大器、下變頻器、晶振、頻率綜合器，自動增益控制器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器；可配置信號處理模塊是參數(shù)可配置的且使用可配置擴(kuò)頻碼發(fā)生器在同一模塊下兼容捕獲多系統(tǒng)信號，包括多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元；嵌入式處理模塊負(fù)責(zé)衛(wèi)星系統(tǒng)定位導(dǎo)航，通道調(diào)度、外設(shè)控制、人機(jī)交互等。所述天線模塊與射頻通道相連，所述射頻通道分別與多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元相連，多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元相連分別與多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和嵌入式處理模塊相連。天線模塊接收GPS的LI頻點(diǎn)，北斗的B3頻點(diǎn)、GALIEO的E6A頻點(diǎn)和GL0NASS中
心頻點(diǎn)信號。下變頻器將射頻信號變頻至12. 24M的中頻信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將來自模擬射頻模塊的12. 24M的中頻信號；本實(shí)用新型基本工作原理為射頻通道將天線接收的定位導(dǎo)航信號進(jìn)行低噪放、下變頻后變頻為中頻信號，再將中頻信號與本地載波相乘得到I，Q兩路信號，經(jīng)濾波、采樣和量化后送入多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元；多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元將I，Q兩路信號進(jìn)行匹配濾波后與本地N位信號相關(guān)，得到N個(gè)相關(guān)值，M次運(yùn)算后(M為2的整數(shù)次冪)形成MXN維矩陣并存入MXN緩存器，將相關(guān)值進(jìn)行多點(diǎn)輸入多點(diǎn)輸出的FFT變換后得到信號功率譜分布，通過峰值檢測器檢測MXN維矩陣列向量上各元素是否為各行功率最大值，完成捕獲多系統(tǒng)信號；信號捕獲后，多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元啟動工作，同時(shí)為衛(wèi)星信號提供最多48個(gè)處理通道，每個(gè)處理同時(shí)使用可配置擴(kuò)頻碼發(fā)生器、可配置擴(kuò)頻碼NCO和可配置載波NC0，在相同硬件處理通道中兼容跟蹤多系統(tǒng)信號；捕獲跟蹤后所產(chǎn)生的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)流進(jìn)入嵌入式處理模塊綜合導(dǎo)航電文實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航。參見圖2，射頻通道采用低中頻方式，經(jīng)組合和多相濾波器分別實(shí)現(xiàn)信號分離和抑制鏡像。頻率綜合器部分使用同一 PLL，其中GPS，北斗COMPASS，Galileo模式下由同一整數(shù)分頻器實(shí)現(xiàn)，GL0NASS模式下由小數(shù)分頻器實(shí)現(xiàn)。二次變頻的本振信號由PLL的輸出信號經(jīng)整數(shù)分頻得到。參見圖3，I，Q兩路信分別進(jìn)入N (N<L, L為偽碼長度)階匹配濾波器，完成N階延遲，并與本地N位信號相關(guān)，得到N個(gè)相關(guān)值，各次相關(guān)輸出存儲在緩存中，M (M為2的整數(shù)次冪，便于FFT運(yùn)算)次運(yùn)算后將形成一個(gè)MXN維矩陣，對該矩陣各列作M點(diǎn)FFT，當(dāng)接收信號與本地信號相位差小于N時(shí)可完成對信號的捕獲，當(dāng)相位差大于N時(shí)不能完成捕獲，進(jìn)行下一輪捕獲。N階匹配濾波器的基本工作流程為當(dāng)?shù)?n+1)至(n+N)個(gè)接收數(shù)據(jù)，即Γ (n+i)至丨J Γ (n+N) 依次移出匹配濾波器時(shí)，對應(yīng)的匹配濾波器的抽頭系數(shù)為 X(Π+1)至丨J X(n+N);當(dāng)?shù)?n+N+1)至(n+2N)個(gè)接收數(shù)據(jù)，即接收數(shù)據(jù)r(n+N+1)到r(n+2N)依次移出匹配濾波器時(shí)，匹配濾波器的抽頭系數(shù)為 X (n+N+1)到 X (n+2N)
;依次類推，當(dāng)?shù)?n+(i-l)N+l)至(n+iN)個(gè)接收數(shù)據(jù)， 接收數(shù)據(jù) ^ (n+(i-l)N+l) 到r(n+iN)依次移出匹配濾波器時(shí)，匹配濾波器的抽頭系數(shù)為X (n+(i-l)N+l)到x(n+iN)，則第一段匹配濾波器的輸出結(jié)果，為MXN維矩陣的第一行元素，即
權(quán)利要求1.ー種GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于包括天線模塊，射頻通道，可配置信號處理模塊，嵌入式處理模塊和用戶界面； 其中所述天線模塊為多頻點(diǎn)原極化天線；所述射頻通道實(shí)現(xiàn)信號分離和抑制鏡像；所述可配置信號處理模塊是參數(shù)可配置的且使用可配置擴(kuò)頻碼發(fā)生器在同一模塊下兼容捕獲多系統(tǒng)信號，包括多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元；所述嵌入式處理模塊實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航和相關(guān)配置； 所述天線模塊與射頻通道相連，所述射頻通道分別與多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元相連，多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元相連分別與多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和嵌入式處理模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于所述多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元包括低通濾波器、碼發(fā)生與緩存器、MXN緩存器、N階匹配濾波器、M點(diǎn)FFT變換器、平方和運(yùn)算器和峰值檢測器； 所述低通濾波器，碼發(fā)生與緩存器和MXN緩存器分別與N階匹配濾波器相連；所述M點(diǎn)FFT變換器和峰值檢測器分別與平方和運(yùn)算器相連； 所述多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元將I，Q兩路信號進(jìn)行匹配濾波后與本地N位信號相關(guān)，得到N個(gè)相關(guān)值，M次運(yùn)算后形成MXN維矩陣并存入MXN緩存器，M為2的整數(shù)次冪，將相關(guān)值進(jìn)行多點(diǎn)輸入多點(diǎn)輸出的FFT變換后得到信號功率譜分布，通過峰值檢測器檢測MXN維矩陣列向量上各元素是否為各行功率最大值，完成多系統(tǒng)信號在同一模塊下捕獲。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于所述多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元使用解擴(kuò)DLL環(huán)路解調(diào)和COSTAS環(huán)路結(jié)構(gòu)，環(huán)路中擴(kuò)頻碼、載波NC0、擴(kuò)頻碼NCO的產(chǎn)生可配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于所述射頻通道包括低噪聲放大器、下變頻器、晶振、頻率綜合器，自動增益控制器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述晶振和頻率綜合器為系統(tǒng)處理部件提供頻標(biāo)和頻率源；所述晶振與所述頻率綜合器相連；所述低噪聲放大器、頻率綜合器、自動增益控制器分別與下變頻器相連；所述下變頻器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與自動增益控制器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于所述嵌入式處理模塊包括多系統(tǒng)互操作信息處理單元和導(dǎo)航信息融合単元；所述多系統(tǒng)互操作信息處理單元完成各衛(wèi)星系統(tǒng)定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)的計(jì)算；所述導(dǎo)航信息融合単元負(fù)責(zé)通道調(diào)度和人機(jī)交互。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于所述載波NCO包括中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器、正交相移，SIN函數(shù)映射表模塊；嵌入式處理模塊分別與中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器相連；中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器分別與第一加法器相連；驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器與第三乘法器相連；載波相位累加器分別與第二加法器、正交相移SIN函數(shù)映射表模塊相連；第四乘法器分別與第一加法器、第三乘法器、第二加法器相連；正交相移與SIN函數(shù)映射表模塊相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在干所述擴(kuò)頻碼NCO包括中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器、相位/幅度函數(shù)映射表模塊，所述嵌入式處理模塊分別與中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器、驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器和載波相位累加器相連；中心頻率配置寄存器、頻率偏移控制寄存器分別與第一加法器相連；驅(qū)動時(shí)鐘周期配置寄存器與第三乘法相位/幅度函數(shù)映射表模塊相連；第四乘法器分別與第一加法器、第三乘法器、第二加法器相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，其特征在于所述擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器包括擴(kuò)頻碼行數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼尾行列數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼子序列緩沖器、擴(kuò)頻碼行計(jì)數(shù)器、擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器、比較器、選擇器、擴(kuò)頻碼序列移位寄存器和輸出鎖存與緩沖器；所述嵌入式處理模塊分別與擴(kuò)頻碼行數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼行計(jì)數(shù)器、擴(kuò)頻碼尾行列數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器、擴(kuò)頻碼子序列緩沖器、擴(kuò)頻碼序列移位寄存器相連；擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器與比較器相連；選擇器分別與擴(kuò)頻碼尾行列數(shù)配置寄存器、擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器和比較器的輸出相連；擴(kuò)頻碼序列移位寄存器分別與擴(kuò)頻碼列計(jì)數(shù)器、輸出鎖存與緩沖器相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種GNSS多系統(tǒng)兼容互操作用戶終端，包括天線模塊，射頻通道，可配置信號處理模塊，嵌入式處理模塊和用戶界面；其中所述天線模塊為多頻點(diǎn)原極化天線；所述射頻通道實(shí)現(xiàn)信號分離和抑制鏡像；所述可配置信號處理模塊是參數(shù)可配置的且使用可配置擴(kuò)頻碼發(fā)生器在同一模塊下兼容捕獲多系統(tǒng)信號，包括多系統(tǒng)互操作信號捕獲單元和多系統(tǒng)互操作跟蹤通道復(fù)用單元；所述嵌入式處理模塊實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航和相關(guān)配置。本實(shí)用新型可以同時(shí)使用多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，跟蹤多個(gè)系統(tǒng)的衛(wèi)星，通過獲得冗余衛(wèi)星保證衛(wèi)星信號的完好性和連續(xù)性，從而提高定位性能。本實(shí)用新型極大提高終端性能、并降低成本。
文檔編號G01S19/33GK202600153SQ20122022459
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者王浩, 丁文霞, 李鑒海, 趙 怡 申請人:西藏金采科技股份有限公司