本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備。
背景技術(shù):
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為了國家非常重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施,在某些重要領(lǐng)域如依賴國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),一旦出現(xiàn)緊急情況或重大利益沖突,整個(gè)國家的國防軍事以及社會經(jīng)濟(jì)安全都將受到威脅,這對國家利益的影響將是慘重的。因此,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它的誕生,使得我國在一些特殊的場合不再受制于國外衛(wèi)星系統(tǒng),無論在軍事戰(zhàn)略還是日常生活中都對我國具有非常重大的意義。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研制的,目前已經(jīng)可為亞洲和太平洋地區(qū)提供無源定位、授時(shí)、導(dǎo)航服務(wù)。預(yù)計(jì)在未來二十年內(nèi),北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將逐漸成長為覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)??梢灶A(yù)見的到,關(guān)系到國防軍事方面將最先普及北斗導(dǎo)航應(yīng)用,隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)逐漸完善和成熟,再普及到各類民用方面,最終成為普及度非常高的成熟的全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng),并拉動北斗產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。
為了能夠正確接收并解調(diào)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星信號,研制北斗用戶終端,就必須掌握如擴(kuò)頻測距碼、導(dǎo)航電文格式、導(dǎo)航電文參數(shù)及算法等接口的相關(guān)參數(shù),進(jìn)而進(jìn)行定位和導(dǎo)航,而這些內(nèi)容構(gòu)成了北斗空間信號接口控制(icd)文件。2012年12月,北斗icd文件正式公布,使得相關(guān)的接口特征和參數(shù)公開化,降低了北斗終端的開發(fā)成本及難度,北斗終端的研發(fā)的方向性更加明確,研制的思路步驟也更加清晰。依靠強(qiáng)大的市場需求及政府部門的支持,國內(nèi)外對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)感興趣的廠商均可對北斗客戶終端進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā),這標(biāo)志著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的客戶終端將向通用化、開放化、高速和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
北斗導(dǎo)航接收機(jī)將會成為北斗產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用面最廣、生產(chǎn)量最大的技術(shù)產(chǎn)品,它的性能高低將直接影響到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的普及度。然而對于大多數(shù)廠商來說,北斗導(dǎo)航包含5顆geo地球同步靜止軌道衛(wèi)星,以及igso和meo衛(wèi)星,在中國的某一時(shí)刻可能跟蹤到14顆及以上北斗衛(wèi)星,對于運(yùn)算處理能力有限的小型接收機(jī)來說,無疑制約著接收機(jī)實(shí)時(shí)性定位解算性能。
因此,有必要提出一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備,降低接收機(jī)信號處理和信息融合解算過程中的運(yùn)算復(fù)雜度以及提高小型接收機(jī)實(shí)時(shí)性pvt定位解算性能,并成為了一種新的技術(shù)需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
(一)要解決的技術(shù)問題
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題,本發(fā)明提供了一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備。該設(shè)備采用時(shí)頻二維fft信號捕獲、高階環(huán)路跟蹤、比特及幀同步等信號處理技術(shù),結(jié)合北斗可見衛(wèi)星預(yù)測、失鎖重捕、北斗快速選星、最小二乘信息解算技術(shù),通過北斗快速選星技術(shù)能夠降低北斗導(dǎo)航接收機(jī)信息解算過程中跟蹤衛(wèi)星的通道數(shù),極大降低了接收機(jī)處理器的運(yùn)行空間及存儲空間需求,進(jìn)一步降低了接收機(jī)運(yùn)算處理時(shí)間,提高了接收機(jī)實(shí)時(shí)性pvt定位解算性能。
(二)技術(shù)方案
本發(fā)明提出了一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備,該設(shè)備包括北斗信號處理單元a和北斗信息解算單元b,其中所述北斗信號處理單元a用于接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)b1
優(yōu)選的,所述北斗信號處理單元a包括北斗天線a01、中頻模塊a02、濾波器a03、放大器a04、自動增益控制器a05、中頻信號采集器a06、偽隨機(jī)碼發(fā)生器a07、nco控制器a08、混頻器ia09,相關(guān)器ia10、混頻器qa11、相關(guān)器qa12、時(shí)頻二維fft模塊a13、捕獲控制模塊a14、跟蹤模塊a15、同步模塊a16、導(dǎo)航電文提取模塊a17。
優(yōu)選的,所述北斗天線a01用于接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)b1
進(jìn)一步的,所述中頻模塊a02包括前置放大器、下變頻器和a/d轉(zhuǎn)換器。
優(yōu)選的,所述中頻模塊a02連接至濾波器a03,其中濾波器a03采用帶通濾波器,過濾掉北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號帶外噪聲。
優(yōu)選的,所述濾波器a03連接至放大器a04,所述放大器a04將通過帶通濾波器后的北斗導(dǎo)航信號進(jìn)一步放大。
優(yōu)選的,所述放大器a04連接至自動增益控制器a05,所述自動增益控制器a05用于將北斗導(dǎo)航信號強(qiáng)度控制在適當(dāng)范圍內(nèi),防止北斗導(dǎo)航信號強(qiáng)度落入放大器的非線性區(qū)。
優(yōu)選的,所述自動增益控制器a05連接至中頻信號采集器a06,所述中頻信號采集器a06將北斗天線a01所接收的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)b1
優(yōu)選的,所述中頻信號采集器a06同時(shí)連接至混頻器ia09和混頻器qa11,用于將北斗導(dǎo)航信號與本地產(chǎn)生的正弦余弦碼表進(jìn)行混頻運(yùn)算。
進(jìn)一步的,所述混頻器ia09與所述nco控制器a08產(chǎn)生的正弦表連接,所述混頻器qa11與所述nco控制器a08產(chǎn)生的余弦表連接,用于將本地nco控制器a08產(chǎn)生的正弦余弦碼表與中頻信號采集器a06的北斗導(dǎo)航信號混頻運(yùn)算。
優(yōu)選的,所述混頻器ia09與相關(guān)器ia10連接,所述混頻器qa11與相關(guān)器qa12連接,偽隨機(jī)碼發(fā)生器a07產(chǎn)生的北斗偽隨機(jī)碼同時(shí)與相關(guān)器ia10和相關(guān)器qa12連接,用于相關(guān)消除所接收的北斗衛(wèi)星信號中的偽隨機(jī)碼。
優(yōu)選的,所述相關(guān)器ia10和相關(guān)器qa12同時(shí)連接至?xí)r頻二維fft模塊a13,通過時(shí)域和頻域兩個(gè)維度進(jìn)行北斗導(dǎo)航信號的信號捕獲處理。
進(jìn)一步的,所述時(shí)頻二維fft模塊a13連接至捕獲控制模塊a14,所述捕獲控制模塊a14根據(jù)時(shí)頻二維fft模塊a13相關(guān)運(yùn)算后的結(jié)果與預(yù)先設(shè)置的閾值比較,時(shí)頻二維fft模塊a13相關(guān)運(yùn)算后的結(jié)果超過閾值后則證明北斗導(dǎo)航信號捕獲成功,否則移動本地偽隨機(jī)碼發(fā)生器a07產(chǎn)生的北斗偽隨機(jī)碼的碼片,重新進(jìn)行時(shí)頻二維fft捕獲,直至?xí)r頻二維fft模塊a13相關(guān)運(yùn)算后的結(jié)果超過閾值門限則進(jìn)行北斗導(dǎo)航信號跟蹤處理。
優(yōu)選的,所述捕獲控制模塊a14連接至跟蹤模塊a15,采用鎖頻環(huán)輔助鎖相環(huán)的方式進(jìn)行北斗導(dǎo)航信號跟蹤。
優(yōu)選的,所述跟蹤模塊a15連接至同步模塊a16,所述同步模塊a16先進(jìn)行比特同步然后進(jìn)行子幀同步處理。
優(yōu)選的,所述同步模塊a16連接至導(dǎo)航電文提取模塊a17,根據(jù)北斗icd文件和同步模塊a16輸出的比特流進(jìn)行北斗衛(wèi)星的星歷信息進(jìn)行導(dǎo)航電文提取。
優(yōu)選的,所述北斗信息解算單元b包括導(dǎo)航星歷提取模塊b01、衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02、預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03、失鎖重捕模塊b04、搜星切換模塊b05、北斗快速選星模塊b06、最小二乘解算模塊b07和輸出顯示模塊b08。
優(yōu)選的,所述導(dǎo)航星歷提取模塊b01連接至衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02,用于接收北斗信號處理單元a中導(dǎo)航電文提取模塊a17的比特流導(dǎo)航信息,并根據(jù)北斗icd文件進(jìn)行接收機(jī)捕獲跟蹤上的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航星歷提取,獲取北斗衛(wèi)星開普勒軌道參數(shù)和偽距、偽距率量測值。
優(yōu)選的,所述衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02連接至預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03,用于計(jì)算接收機(jī)捕獲跟蹤上的衛(wèi)星在北斗坐標(biāo)系cgcs2000下的衛(wèi)星空間位置和運(yùn)行速度信息。
進(jìn)一步的,所述預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03根據(jù)接收機(jī)預(yù)先存儲的本地位置和星歷信息,可進(jìn)行預(yù)測目前接收機(jī)可見衛(wèi)星的prn號和位置,利于接收機(jī)通道直接捕獲可見衛(wèi)星,節(jié)省接收機(jī)冷啟動時(shí)間。
優(yōu)選的,所述預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03連接至失鎖重捕模塊b04,其中所述失鎖重捕模塊b04用于在接收機(jī)遇到信號遮擋或者經(jīng)過隧道等信號丟失情況下,能夠直接重新捕獲失鎖前的衛(wèi)星信號,避免循環(huán)搜索下一顆衛(wèi)星,進(jìn)一步節(jié)省接收機(jī)捕獲跟蹤可見衛(wèi)星信號的時(shí)間。
優(yōu)選的,所述失鎖重捕模塊b04連接至搜星切換模塊b05,其中搜星切換模塊b05用于接收機(jī)捕獲特定prn號衛(wèi)星失敗時(shí),證明此時(shí)接收機(jī)可見衛(wèi)星中并沒有特定prn號,則通過搜星切換模塊b05切換到下一號prn衛(wèi)星,進(jìn)行重新捕獲。
優(yōu)選的,所述搜星切換模塊b05連接至北斗快速選星模塊b06,其中北斗快速選星模塊b06用于接收機(jī)從眾多的北斗可見衛(wèi)星中選擇特定數(shù)量的可見衛(wèi)星進(jìn)行接收機(jī)定位解算,通過確定數(shù)量的北斗可見衛(wèi)星,能夠節(jié)省接收機(jī)信息解算單元的程序空間,同時(shí)降低了接收機(jī)信息解算單元的計(jì)算復(fù)雜度,提高了接收機(jī)定位解算效率。
進(jìn)一步的,所述北斗快速選星模塊b06中確定數(shù)量的北斗可見衛(wèi)星數(shù)量是7顆或者8顆或者9顆,根據(jù)接收機(jī)實(shí)際性能進(jìn)行確定。
優(yōu)選的,所述北斗快速選星模塊b06連接至最小二乘解算模塊b07,其中最小二乘解算模塊b07利用北斗快速選星模塊b06選擇的北斗可見衛(wèi)星,提取出北斗衛(wèi)星的空間位置和運(yùn)動速度信息,同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的偽距、偽距率信息,最后通過最小二乘法進(jìn)行接收機(jī)定位解算,獲取接收機(jī)的本地位置、速度、接收機(jī)鐘差和接收機(jī)鐘漂信息。
優(yōu)選的,所述最小二乘解算模塊b07連接至輸出顯示模塊b08,其中輸出顯示模塊b08通過顯示模塊輸出最小二乘解算模塊b07計(jì)算出的接收機(jī)本地位置、速度、接收機(jī)鐘差和接收機(jī)鐘漂信息。
(三)有益效果
本發(fā)明能夠產(chǎn)生積極的有益效果,該設(shè)備采用時(shí)頻二維fft信號捕獲、高階環(huán)路跟蹤、比特及幀同步等信號處理技術(shù),結(jié)合北斗可見衛(wèi)星預(yù)測、失鎖重捕、北斗快速選星、最小二乘信息解算技術(shù),通過北斗快速選星技術(shù)能夠降低北斗導(dǎo)航接收機(jī)信息解算過程中跟蹤衛(wèi)星的通道數(shù),極大降低了接收機(jī)處理器的運(yùn)行空間及存儲空間需求,進(jìn)一步降低了接收機(jī)運(yùn)算處理時(shí)間,提高了接收機(jī)實(shí)時(shí)性pvt定位解算性能。
附圖說明
圖1顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備整體示意圖;
圖2顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號處理原理示意圖;
圖3顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信息解算原理示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了,下面結(jié)合具體實(shí)施方式并參照附圖,對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解,這些描述只是示例性的,而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外,在以下說明中,省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述,以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
圖1顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備整體示意圖。
如圖1所示,本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)選星定位設(shè)備包括北斗信號處理單元a和北斗信息解算單元b。其中所述北斗信號處理單元a用于接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)b1
北斗信號處理單元a包括北斗天線a01、中頻模塊a02、濾波器a03、放大器a04、自動增益控制器a05、中頻信號采集器a06、偽隨機(jī)碼發(fā)生器a07、nco控制器a08、混頻器ia09,相關(guān)器ia10、混頻器qa11、相關(guān)器qa12、時(shí)頻二維fft模塊a13、捕獲控制模塊a14、跟蹤模塊a15、同步模塊a16、導(dǎo)航電文提取模塊a17。
北斗信息解算單元b包括導(dǎo)航星歷提取模塊b01、衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02、預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03、失鎖重捕模塊b04、搜星切換模塊b05、北斗快速選星模塊b06、最小二乘解算模塊b07和輸出顯示模塊b08。
圖2顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號處理原理示意圖。
如圖2所示,本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號處理單元a包括北斗天線a01、中頻模塊a02、濾波器a03、放大器a04、自動增益控制器a05、中頻信號采集器a06、偽隨機(jī)碼發(fā)生器a07、nco控制器a08、混頻器ia09,相關(guān)器ia10、混頻器qa11、相關(guān)器qa12、時(shí)頻二維fft模塊a13、捕獲控制模塊a14、跟蹤模塊a15、同步模塊a16、導(dǎo)航電文提取模塊a17。本發(fā)明具體實(shí)施例中,所述北斗天線a01用于接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)b1
圖3顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信息解算原理示意圖。
如圖3所示,本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信息解算單元b包括導(dǎo)航星歷提取模塊b01、衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02、預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03、失鎖重捕模塊b04、搜星切換模塊b05、北斗快速選星模塊b06、最小二乘解算模塊b07和輸出顯示模塊b08。所述導(dǎo)航星歷提取模塊b01連接至衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02,用于接收北斗信號處理單元a中導(dǎo)航電文提取模塊a17的比特流導(dǎo)航信息,并根據(jù)北斗icd文件進(jìn)行接收機(jī)捕獲跟蹤上的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航星歷提取,獲取北斗衛(wèi)星開普勒軌道參數(shù)和偽距、偽距率量測值。所述衛(wèi)星信息計(jì)算模塊b02連接至預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03,用于計(jì)算接收機(jī)捕獲跟蹤上的衛(wèi)星在北斗坐標(biāo)系cgcs2000下的衛(wèi)星空間位置和運(yùn)行速度信息。所述預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03根據(jù)接收機(jī)預(yù)先存儲的本地位置和星歷信息,可進(jìn)行預(yù)測目前接收機(jī)可見衛(wèi)星的prn號和位置,利于接收機(jī)通道直接捕獲可見衛(wèi)星,節(jié)省接收機(jī)冷啟動時(shí)間。所述預(yù)測可見衛(wèi)星模塊b03連接至失鎖重捕模塊b04,其中所述失鎖重捕模塊b04用于在接收機(jī)遇到信號遮擋或者經(jīng)過隧道等信號丟失情況下,能夠直接重新捕獲失鎖前的衛(wèi)星信號,避免循環(huán)搜索下一顆衛(wèi)星,進(jìn)一步節(jié)省接收機(jī)捕獲跟蹤可見衛(wèi)星信號的時(shí)間。所述失鎖重捕模塊b04連接至搜星切換模塊b05,其中搜星切換模塊b05用于接收機(jī)捕獲特定prn號衛(wèi)星失敗時(shí),證明此時(shí)接收機(jī)可見衛(wèi)星中并沒有特定prn號,則通過搜星切換模塊b05切換到下一號prn衛(wèi)星,進(jìn)行重新捕獲。所述搜星切換模塊b05連接至北斗快速選星模塊b06,其中北斗快速選星模塊b06用于接收機(jī)從眾多的北斗可見衛(wèi)星中選擇特定數(shù)量的可見衛(wèi)星進(jìn)行接收機(jī)定位解算,通過確定數(shù)量的北斗可見衛(wèi)星,能夠節(jié)省接收機(jī)信息解算單元的程序空間,同時(shí)降低了接收機(jī)信息解算單元的計(jì)算復(fù)雜度,提高了接收機(jī)定位解算效率。所述北斗快速選星模塊b06中確定數(shù)量的北斗可見衛(wèi)星數(shù)量是7顆或者8顆或者9顆,根據(jù)接收機(jī)實(shí)際性能進(jìn)行確定。所述北斗快速選星模塊b06連接至最小二乘解算模塊b07,其中最小二乘解算模塊b07利用北斗快速選星模塊b06選擇的北斗可見衛(wèi)星,提取出北斗衛(wèi)星的空間位置和運(yùn)動速度信息,同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的偽距、偽距率信息,最后通過最小二乘法進(jìn)行接收機(jī)定位解算,獲取接收機(jī)的本地位置、速度、接收機(jī)鐘差和接收機(jī)鐘漂信息。所述最小二乘解算模塊b07連接至輸出顯示模塊b08,其中輸出顯示模塊b08通過顯示模塊輸出最小二乘解算模塊b07計(jì)算出的接收機(jī)本地位置、速度、接收機(jī)鐘差和接收機(jī)鐘漂信息。
應(yīng)當(dāng)理解的是,本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理,而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此,在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外,本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。