一種北斗rdss終端多普勒頻率補(bǔ)償?shù)姆椒敖K端的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種北斗RDSS終端多普勒頻率補(bǔ)償?shù)姆椒敖K端，尤其是一種北斗 RDSS高動(dòng)態(tài)終端發(fā)射信號(hào)多普勒頻率補(bǔ)償?shù)姆椒跋鄳?yīng)的終端。
【背景技術(shù)】
[0002] 繼1994年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)開始建設(shè)至今，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)RDSS(Radio Determination Satellite Service，無線電測定衛(wèi)星業(yè)務(wù))子系統(tǒng)在各行業(yè)中的應(yīng)用日趨 成熟，產(chǎn)生了廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。其特有的快速定位、位置報(bào)告和短報(bào)文通信功能，使 其在航空、航天領(lǐng)域的應(yīng)用也日益增加，然而飛機(jī)等載體的高速運(yùn)動(dòng)使得北斗RDSS高動(dòng)態(tài) 用戶終端所發(fā)射的信號(hào)被RDSS子系統(tǒng)接收時(shí)引入巨大的多普勒頻率，導(dǎo)致用戶終端的服務(wù) 請(qǐng)求無法被RDSS子系統(tǒng)正常接收，從而致使用戶終端無法正常定位和雙向通信。因此北斗 RDSS高動(dòng)態(tài)用戶終端必須在發(fā)射信號(hào)中對(duì)多普勒頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
[0003] 申請(qǐng)公開號(hào)為102223164A的中國專利《用于高動(dòng)態(tài)過程的頻差修正系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方 法》提出的技術(shù)方案使用3個(gè)晶體振蕩器，采用計(jì)數(shù)法測量接收信號(hào)中的多普勒頻率，調(diào)整 發(fā)射碼鐘DDS頻率控制字和發(fā)射BPSK調(diào)制電路本地晶體振蕩器頻率，實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)多普勒 頻率補(bǔ)償。但是，計(jì)數(shù)法具有較大延遲，超高動(dòng)態(tài)時(shí)存在補(bǔ)償不及時(shí)的問題；同時(shí)，采用3個(gè) 晶體振蕩器也增加了電路的復(fù)雜性。此外，該方案利用10M晶振作為頻率基準(zhǔn)，而未考慮10M 晶振也存在頻偏;其補(bǔ)償發(fā)射載波多普勒頻率是通過調(diào)整發(fā)射晶體振蕩器頻率實(shí)現(xiàn)。
[0004] 申請(qǐng)公開號(hào)為CN104252000A的中國專利《一種基于DDS的多普勒快速補(bǔ)償電路及 方法》提出的技術(shù)方案使用1個(gè)高穩(wěn)度晶體振蕩器，根據(jù)載波跟蹤環(huán)輸出計(jì)算接收信號(hào)中的 多普勒頻率，調(diào)整發(fā)射PN碼鐘DDS及發(fā)射中頻載波DDS頻率控制字，形成數(shù)字中頻BPSK調(diào)制 信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波、放大、上變頻及功率放大處理后發(fā)送至發(fā)射天線。此技術(shù)具有補(bǔ)償 實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，但是，該方案未考慮晶體振蕩器的頻偏，當(dāng)晶體振蕩器頻偏較大時(shí)會(huì)反而會(huì)引 入額外多普勒頻偏；同時(shí)，發(fā)射BPSK調(diào)制電路復(fù)雜，無法使用市面常用的RDSS射頻芯片，無 法達(dá)到小型化和低功耗的目的；其補(bǔ)償發(fā)射載波多普勒頻率是通過調(diào)整數(shù)字波形成型器 DDS輸入頻率控制字實(shí)現(xiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種適用于北斗RDSS高動(dòng)態(tài)用戶終端發(fā)射信號(hào)多普勒頻率 補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)方案，該技術(shù)方案可使用市場主流RDSS射頻芯片，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、體積小、 低功耗的優(yōu)點(diǎn)，可解決現(xiàn)有技術(shù)方案所存在的發(fā)射電路復(fù)雜、多普勒頻率補(bǔ)償滯后、未考慮 晶體振蕩器的頻偏等實(shí)際應(yīng)用缺陷。
[0006] 本發(fā)明提供一種北斗RDSS終端多普勒頻率補(bǔ)償?shù)姆椒?，所述方法包括，?dāng)所述終 端處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，計(jì)算所述終端的本地晶體振蕩器頻偏;在所述終端高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用所 述本地晶體振蕩器頻偏和數(shù)字接收電路輸出的載波頻率控制字，計(jì)算發(fā)射碼NC0頻率控制 字和發(fā)射PLL參數(shù)，利用所述發(fā)射碼NC0頻率控制字控制所述發(fā)射碼NC0輸出，利用所述發(fā)射 PLL參數(shù)控制BPSK調(diào)制。
[0007] 本發(fā)明還提供一種北斗RDSS終端，所述終端包括，接收天線、下變頻、ADC、數(shù)字接 收電路、本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元、發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元、發(fā)射碼NC0、擴(kuò)頻、BPSK調(diào) 制、PA、發(fā)射天線，所述數(shù)字接收電路輸出載波頻率控制字和碼頻率控制字給所述本地晶體 振蕩器頻偏計(jì)算單元和所述發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元，所述本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元輸 出本地晶體振蕩器頻偏給所述發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元，所述發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元輸出發(fā) 射碼NC0頻率控制字和發(fā)射PLL參數(shù)分別給所述發(fā)射碼NC0和所述BPSK調(diào)制，所述發(fā)射碼NC0 輸出信號(hào)到所述擴(kuò)頻，所述擴(kuò)頻輸出擴(kuò)頻碼到所述BPSK調(diào)制。
[0008] 更進(jìn)一步，當(dāng)所述終端處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，所述本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元計(jì)算 所述終端的本地晶體振蕩器頻偏;在所述終端高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用所述本地晶體振蕩器頻偏 和數(shù)字接收電路輸出的載波頻率控制字，所述發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元計(jì)算所述發(fā)射碼NC0 頻率控制字和所述發(fā)射PLL參數(shù)。
[0009] 更進(jìn)一步，所述本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元利用從GNSS接收機(jī)輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào) 計(jì)算所述終端的本地晶體振蕩器頻偏。
[0010] 采用上面技術(shù)方案后，用戶終端射頻電路與普通用戶終端電路相同，可使用市場 主流RDSS射頻芯片，只需修改軟件即可使用戶終端在高動(dòng)態(tài)條件下穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)RDSS服 務(wù)請(qǐng)求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有電路結(jié)構(gòu)簡單、通用型強(qiáng)、體積小、低功耗的優(yōu) 點(diǎn)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的北斗RDSS終端框架結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明的北斗RDSS終端多普勒頻率補(bǔ)償?shù)姆椒ɑ驹砹鞒虉D。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合其中的較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0014] 圖1為本發(fā)明的北斗RDSS終端框架結(jié)構(gòu)圖。本方案所包含的基本組件包含接收天 線1、下變頻2、ADC(Analog Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換）3、數(shù)字接收電路4、本地晶體振 蕩器頻偏計(jì)算單元5、發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元6、發(fā)射碼NC0(Numerically Controlled Oscillator，數(shù)控振蕩器)7、擴(kuò)頻8、BPSK(Binary Phase Shift Key，二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制 9、PA(Power Amplifier，功率放大器）10、發(fā)射天線11，其【具體實(shí)施方式】見圖1所示。接收天 線1輸出與下變頻2輸入端連接，下變頻2輸出與ADC3輸入端連接，ADC3輸出與數(shù)字接收電路 4輸入端連接，數(shù)字接收電路4輸出的載波頻率控制字和碼頻率控制字均與本地晶體振蕩器 頻偏計(jì)算單元5和發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元6輸入端連接，同時(shí)GNSS (Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))接收機(jī)輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào)與本地晶體振蕩器頻偏計(jì) 算單元5輸入端連接，本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元5輸出的本地晶體振蕩器頻偏與發(fā)射補(bǔ) 償參數(shù)計(jì)算單元6輸入端連接，發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元6輸出的發(fā)射碼NC0頻率控制字和發(fā) 射PLL參數(shù)分別與發(fā)射碼NC0 7和BPSK調(diào)制9輸入端連接，發(fā)射碼NC0 7輸出與擴(kuò)頻8輸入端 連接，擴(kuò)頻8輸出的擴(kuò)頻碼與BPSK調(diào)制9輸入端連接，BPSK調(diào)制9輸出與PA10輸入端連接， ΡΑ10輸出與發(fā)射天線11輸入端連接。
[0015] 圖2為本發(fā)明的北斗RDSS終端多普勒頻率補(bǔ)償?shù)姆椒ɑ驹砹鞒虉D。本方法的 實(shí)施主要分3個(gè)步驟進(jìn)行，見圖2所示。
[0016] 在步驟21，用戶終端開機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)利用數(shù)字接收電路4輸出的載波頻率控 制字或碼頻率控制字、或利用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星 系統(tǒng))接收機(jī)輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào)，計(jì)算用戶終端本地晶體振蕩器頻偏；
[0017] 在步驟22,利用步驟21計(jì)算得到的本地晶體振蕩器頻偏和數(shù)字接收電路4輸出的 載波頻率控制字或碼頻率控制字，計(jì)算發(fā)射碼NC0頻率控制字；
[0018] 在步驟23,利用步驟21計(jì)算得到的本地晶體振蕩器頻偏和數(shù)字接收電路4輸出的 載波頻率控制字或碼頻率控制字，計(jì)算發(fā)射PLL參數(shù)。
[0019] 實(shí)施方式一：
[0020] 1)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（簡稱BDS)空間星座的5顆地球靜止軌道(GE0)衛(wèi)星播發(fā)的 RDSS導(dǎo)航信號(hào)通過用戶終端接收天線1接收、濾波和放大后，經(jīng)下變頻2進(jìn)行下變頻、放大和 濾波處理，再通過ADC 3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)入數(shù)字接收電路4進(jìn)行導(dǎo)航信號(hào)的捕獲、跟蹤等處 理。
[0021] 2)下變頻2、ADC 3、數(shù)字接收電路4、發(fā)射碼NC0 7、擴(kuò)頻8、BPSK調(diào)制9均使用同一頻 率源，該頻率源選用低加速度靈敏度晶體振蕩器。
[0022] 3)若用戶終端開機(jī)時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元5可利用 數(shù)字接收電路4輸出的碼頻率控制字計(jì)算此時(shí)用戶終端本地晶體振蕩器頻偏：
[0023]
-是本地晶體振蕩器頻偏，F(xiàn)CWcclde_ rx是數(shù)字接收電路4碼跟蹤環(huán)輸出的碼頻率控 制字，fpN是擴(kuò)頻碼速率，fs_REF是數(shù)字接收電路4工作標(biāo)稱頻率，N是數(shù)字接收電路4碼NC0相 位寬度。
[0024] 若可獲得GNSS(Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）接收 機(jī)輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào)，本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單元5利用計(jì)數(shù)法或其它頻率測量方法實(shí)時(shí) 計(jì)算載體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)用戶終端本地晶體振蕩器頻偏;否則，利用低加速度靈敏度晶體振蕩 器對(duì)加速度應(yīng)力不敏感的特性，可近似使用開機(jī)時(shí)計(jì)算得到的晶體振蕩器頻偏。
[0025] 計(jì)數(shù)法是利用被測頻率源對(duì)接收機(jī)輸出的連續(xù)兩次時(shí)標(biāo)信號(hào)時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)數(shù)來 計(jì)算本地晶體振蕩器頻偏，見公式2:
[0027] 其中，T是連續(xù)兩次時(shí)標(biāo)信號(hào)時(shí)間間隔，K是計(jì)數(shù)值，?·__ΚΕΡ是被測頻率源標(biāo)稱頻 率。
[0028] 4)在載體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元6利用本地晶體振蕩器頻偏計(jì)算單 元5計(jì)算的本地晶體振蕩器頻偏和數(shù)字接收電路4輸出的碼頻率控制字，計(jì)算發(fā)射碼NC0頻 率控制字和發(fā)射PLL參數(shù)，用以補(bǔ)償發(fā)射碼多普勒頻率和發(fā)射載波多普勒頻率。
[0029] 發(fā)射碼NC0 7輸入的頻率控制字計(jì)算方法見公式3:
[0031] FCWcclde_tx是發(fā)射碼NC07輸入的頻率控制字，fPN是擴(kuò)頻碼速率，f S_REF是數(shù)字接收電 路4和發(fā)射碼NC07工作標(biāo)稱頻率，N是發(fā)射碼NC07和數(shù)字接收電路4碼NC0相位寬度， FCWdm是數(shù)字接收電路4輸出的碼頻率控制字：
是本地晶體振蕩器頻偏。
[0032]發(fā)射PLL參數(shù)計(jì)算方法見公式4:
[0034] Μ是使發(fā)射PLL輸入輸出時(shí)鐘頻率滿足
（其中fpLL_in為發(fā)射PLL輸 入時(shí)鐘頻率，fPLLcmt為發(fā)射PLL輸出時(shí)鐘頻率，Μ和R是整數(shù))的發(fā)射PLL分頻比參數(shù)，fPN是擴(kuò) 頻碼速率，fsRE^數(shù)字接收電路4和發(fā)射碼NC07工作標(biāo)稱頻率，N是發(fā)射碼NC07和數(shù)字接收 電路4碼NC0相位寬度，F(xiàn)CWmdm是數(shù)字接收電路4輸出的碼頻率控制字，
是本地晶體振 蕩器頻偏，M〇是發(fā)射PLL標(biāo)稱參數(shù)，運(yùn)算符L·」表示向下取整。
[0035] 5)擴(kuò)頻8在發(fā)射碼NC07輸出的碼鐘節(jié)拍下，對(duì)發(fā)射信息和擴(kuò)頻碼進(jìn)行擴(kuò)頻運(yùn)算。
[0036] 6)BPSK調(diào)制9中接收發(fā)射補(bǔ)償參數(shù)計(jì)算單元6輸出的發(fā)射PLL參數(shù)，調(diào)整發(fā)射PLL分 頻比，并