轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備及工作方法和應用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備及其工作方法，包括接收天線模塊：將GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號進行濾波放大處理，輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號；接收通道單元：進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的中頻信號；數(shù)字信號處理單元：接收到接收通道單元輸出的中頻信號，將中頻信號進行AD轉(zhuǎn)換、并對進行信號進行抗干擾處理、調(diào)制處理后經(jīng)過DA模塊輸出中頻信號；發(fā)射信道單元：接收發(fā)射信道單元DA模塊輸出的中頻信號，對DA模塊輸出中頻信號進行功率控制的同時進行上變頻處理、合成處理、衰減輸出處理。
【專利說明】轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備及工作方法和應用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星信號接收和信號發(fā)送機【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān) 視模擬設(shè)備及其工作方法和應用方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器作為從事衛(wèi)星導航的研制、測試設(shè)備，可以提供室內(nèi)測試環(huán)境，減 少外場試驗以及外場的維護，節(jié)省研制和維護費用，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，分析產(chǎn)品存在的 問題，提升產(chǎn)品的設(shè)計水平，提高產(chǎn)品的測試效率。
[0003] 現(xiàn)有的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器的主要技術(shù)方案是：利用單個和多個頻點的接收天線，將 相關(guān)衛(wèi)星導航信號接收下來，經(jīng)過功率放大器放大，加入一定范圍的功率放大衰減控制，然 后通過發(fā)射電纜或發(fā)射天線直接轉(zhuǎn)發(fā)出去?，F(xiàn)有衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器只能簡單的將接收到的衛(wèi) 星信號進行放大轉(zhuǎn)發(fā)，但在放大信號的同時放大了噪聲，不利于衛(wèi)星接收機的信號接收測 試。
[0004] 現(xiàn)有衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器的缺點之二是無法向測試人員提供當前衛(wèi)星信號的狀態(tài)，測 試人員在測試衛(wèi)星接收機時沒有參照進行判斷是衛(wèi)星信號的問題還是被測接收機的問題， 也無法對轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星導航信號進行組合模式選擇。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明設(shè)計旨在實現(xiàn)對GPS、GLS、B1、B3四頻點衛(wèi)星導航信號的同時接收、信號和 位置監(jiān)視、信號提純轉(zhuǎn)發(fā)、轉(zhuǎn)發(fā)信號選擇和功率控制，并可實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)信號功率的自主校準， 是進行衛(wèi)星導航接收機室內(nèi)研發(fā)試驗和生產(chǎn)測試檢驗的多功能有力工具，本發(fā)明的目的之 一是將轉(zhuǎn)發(fā)信號進行提純，在轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號之前將噪聲剔除，本發(fā)明的目的之二是要讓設(shè) 備在轉(zhuǎn)發(fā)信號的同時進行衛(wèi)星監(jiān)視，提供當前接收衛(wèi)星信號和定位的數(shù)據(jù)參照，并提供轉(zhuǎn) 發(fā)輸出模式組合選擇控制。
[0006] 本發(fā)明的實現(xiàn)方案如下： 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，包括以下結(jié)構(gòu)： 接收天線模塊：接收GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號，將GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號進行濾波放大 處理，輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號； 接收通道單元：接收到低噪聲且放大的衛(wèi)星信號后，進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信 號處理單元要求的中頻信號； 接收到接收通道單元輸出的中頻信號，將中頻信號進行AD轉(zhuǎn)換、并對AD轉(zhuǎn)換輸出的信 號進行解擴處理、解調(diào)處理、定位處理，鎖定某一衛(wèi)星信號后，輸出鎖定衛(wèi)星的測距、測速參 數(shù)、解調(diào)出鎖定衛(wèi)星的導航電文，同時讀取測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、 設(shè)置的定位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包，同時經(jīng) 過DA模塊按時鐘周期轉(zhuǎn)發(fā)輸出中頻信號； 發(fā)射信道單元：接收發(fā)射信道單元DA模塊輸出的中頻信號，對DA模塊輸出中頻信號進 行功率控制的同時進行上變頻處理、合成處理、衰減輸出處理； 時鐘頻率模塊：為接收通道單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)字信號處理單元提供對應的輸 入頻率源； 嵌入式工控機單元：用于顯示收到的GPS、GLS、Bl、B3衛(wèi)星信號和信號功率信息；該單 元通過RS232數(shù)據(jù)接口與數(shù)字信號處理單元通信，信號處理單元將衛(wèi)星通道信息內(nèi)容以約 定的NMEA0183格式輸出數(shù)據(jù)報文，LCD顯示模塊通過接收、解析、存儲并動態(tài)顯示等處理完 成顯控功能。
[0007] 接收天線模塊包含2個陣元天線、2個低噪聲放大器，2個陣元天線一一對應2個 低噪聲放大器；2個陣元天線分別是：1個GPS+GLS+B1天線板、1個BD2-B3天線板，2個低噪 聲放大器分別是：GNSS低噪聲放大器、BD2低噪聲放大器，GNSS低噪聲放大器、BD2低噪聲 放大器均主要由濾波器和低噪聲場效應放大器構(gòu)成，GPS+GLS+B1天線板與GNSS低噪聲放 大器對應連接，BD2-B3天線板與BD2低噪聲放大器對應連接；接收天線模塊引入GNSS衛(wèi)星 信號和BD2信號，接收天線模塊通過低噪聲放大器將陣元天線接收的微弱衛(wèi)星導航信號進 行濾波后放大，減小引入的噪聲，最后輸出到接收通道單元。
[0008] 接收通道單元：接收通道單元分為4路接收信道，4路接收信道分別是：1路GPS接 收信道、1路GLS接收信道和2路BD2接收信道，1路GPS接收信道和1路GLS接收信道分 別將GNSS低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的 中頻信號，2路BD2接收信道對BD2低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿 足信號處理單元要求的中頻信號； 數(shù)字信號處理單元：包括FPGA，與FPGA連接的AD模塊、DA模塊、DSP定位模塊、RAM、夕卜 圍接口電路，接收通道單元輸出的中頻信號經(jīng)過AD模塊輸入到FPGA，F(xiàn)PGA對接收通道單元 輸出的中頻信號進行快速捕獲、抗干擾處理、調(diào)制處理后經(jīng)過DA模塊輸出中頻信號；數(shù)字 信號處理單元實現(xiàn)對導航信號的快速捕獲，并進行抗干擾處理后，然后調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0009] 發(fā)射信道單元：發(fā)射信道單元包括含有中頻信號的GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道，中頻信號為數(shù)字信號處理單元輸出的中頻信號，GPS L1信道對應 GPS上變頻模塊、GLS G1信道對應GLS上變頻模塊、BD2 B1信道對應B1上變頻模塊、BD2 B3 信道對應B3上變頻模塊，GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道中的中頻 信號進行上變頻處理，變頻處理后的信號進行信號合成處理，最后經(jīng)過衰減器衰減后輸出， 且GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道中的中頻信號受到數(shù)字信號處理 單元的功率控制模塊的功率控制。
[0010] 發(fā)射天線模塊：發(fā)射天線模塊包括1個GPS+GLS+ B1天線板和1個BD2-B3天線 板；發(fā)射天線模塊負責轉(zhuǎn)發(fā)GPS、GLS和BD2衛(wèi)星導航信號。
[0011] 時鐘頻率模塊：時鐘頻率模塊采用恒溫晶振作為10MHz時鐘參考輸入源，經(jīng)過放 大倍頻等處理后，輸出不同功率的10MHz和60Hz的頻率信號；為數(shù)字信號處理單元和接收 通道單元、發(fā)射信道單元提供不同頻率和不同類型的輸入頻率源。
[0012] 嵌入式工控機單元包括工控接收機和IXD顯示模塊，工控接收機為PC104工控接 收機。
[0013] 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的工作方法：包含轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備， 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的工作方法為：轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備加電后首先進 行初始化工作：設(shè)備自檢，根據(jù)保存的星歷、歷書對GPS、GLS、BD2的信號處理通道進行相關(guān) 參數(shù)預置、進行衛(wèi)星搜索，以實現(xiàn)快速捕獲和信號轉(zhuǎn)發(fā)； 初始化完成后，設(shè)備進入正常工作狀態(tài)，進行下述工作： 根據(jù)初始存儲數(shù)據(jù)設(shè)置設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)工作模式，或者通過接收串行通信接口實時接收、 處理設(shè)備外部的控制信息； 接收天線模塊輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號到接收通道單元，接收通道單元對衛(wèi)星信 號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的中頻信號； 數(shù)字信號處理單元控制各信號處理通道分別對BD2衛(wèi)星、GPS衛(wèi)星進行快速捕獲和跟 蹤，當信號處理通道鎖定衛(wèi)星信號后，可輸出測距、測速參數(shù)，解調(diào)出鎖定衛(wèi)星的導航電文， 同時按要求輸出同步脈沖； 同時，當信號處理通道鎖定某一顆衛(wèi)星以后，立即開始對該通道啟動載波調(diào)制、擴頻和 按時鐘周期轉(zhuǎn)發(fā)載波信號； 讀取數(shù)字信號處理單元的測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、設(shè)置的定 位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包到嵌入式工控機單 元； 數(shù)字信號處理單元后對各個通道的載波信號合成并完成DA轉(zhuǎn)換，再通過與射頻模塊 的接口約定，實現(xiàn)對上變頻的信號進行功率控制，發(fā)送到發(fā)射天線模塊，這樣完成了信號轉(zhuǎn) 發(fā)過程，另外，信號跟蹤過程中，當數(shù)字信號處理單元發(fā)現(xiàn)設(shè)備跟蹤的某一顆或幾顆衛(wèi)星信 號失鎖以后，則立即關(guān)閉該通道的載波信號轉(zhuǎn)發(fā)，以免干擾某些接收機對失鎖的有效判斷。
[0014] 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的應用方法，包含轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備， 還包括被測衛(wèi)星信號接收機，轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備接收到衛(wèi)星信號，對衛(wèi)星信號 進行測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、設(shè)置的定位模式進行定位、速度解算， 并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包到嵌入式工控機單元，完成定位分析信息輸出， 數(shù)字信號處理單元對衛(wèi)星信號進行轉(zhuǎn)發(fā)，由發(fā)射天線模塊完成信號轉(zhuǎn)發(fā)過程，被測衛(wèi)星信 號接收機接收到發(fā)射天線模塊的輸出信號，被測衛(wèi)星信號接收機根據(jù)自身程序完成對衛(wèi)星 的定位分析信息輸出，比較被測衛(wèi)星信號接收機的定位分析信息與轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模 擬設(shè)備的定位分析信息，如果比較差異過大，則可以判斷被測衛(wèi)星信號接收機自身故障，如 果差異較小，則可以判斷被測衛(wèi)星信號接收機無故障。
[0015] GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號為GPS衛(wèi)星信號、GLS衛(wèi)星信號，BD2衛(wèi)星信號包括B1衛(wèi)星 信號、B3衛(wèi)星信號，由于B2衛(wèi)星信號為軍用衛(wèi)星信號，因此本發(fā)明不涉及B2衛(wèi)星信號。B1 衛(wèi)星信號、B3衛(wèi)星信號均為北斗衛(wèi)星信號，由于B1衛(wèi)星信號的頻點與GPS和GLS的頻率接 近，因此GPS衛(wèi)星信號、GLS衛(wèi)星信號、B1衛(wèi)星信號由GPS+GLS+B1天線板接入。
[0016] 本發(fā)明采用了衛(wèi)星導航接收機與信號發(fā)射機相結(jié)合的技術(shù)，首先能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星信 號的接收，實現(xiàn)信號監(jiān)視和自我定位參照，同時對收到的衛(wèi)星信號進行提純，包括濾波、放 大、AD數(shù)字化(或進行抗干擾）處理、解擴、解調(diào)、定位，然后對包含星座信息的數(shù)字信號放 大、調(diào)制、擴頻、DA變換、功率衰減控制等一系列處理，以保證轉(zhuǎn)發(fā)信號的質(zhì)量和幅度。
[0017] 數(shù)字信號處理單元由信號采樣模塊、信號處理模塊、信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊、外圍接口電路 及其軟件等組成。信號采樣模塊為AD模塊，信號處理模塊為FPGA，數(shù)字信號處理單元還包 括與FPGA連接的DSP定位模塊，信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊為DA模塊，數(shù)字信號處理單元共設(shè)計24個 BD2信號處理通道，10個GPS信號處理通道，10個GLONASS信號處理通道，實現(xiàn)對導航信號 的快速捕獲，并進行抗干擾處理后，然后調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0018] 數(shù)字信號處理單元還負責整機的各個主要模塊的自檢，此外還通過數(shù)據(jù)接口 (RS232)完成設(shè)備主機與外部計算機的監(jiān)控軟件之間的控制通信。
[0019] 本發(fā)明還包括電源變換模塊可適應AC 220±10%寬范圍電壓輸入，利用AC/DC電 源變換器將交流電源轉(zhuǎn)換成不同的電路板所需的多路+5V和+28V直流電源，各路輸出采用 隔離方式，更好的滿足電磁兼容性要求。
[0020] 低噪聲放大器將天線接收的微弱衛(wèi)星導航信號放大到-70db至-130db的電平，并 盡可能減小引入的噪聲。
[0021] 在發(fā)射信道單元中，為了保持各個頻點的通用性，將設(shè)計為每個頻點單獨作為一 個模塊，每個模塊的供電、時鐘信號與控制信號使用一樣的接口，而且其接口與結(jié)構(gòu)均一 致。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：衛(wèi)星導航接收機與信號發(fā)射機相結(jié)合的技術(shù)，首先能夠?qū)崿F(xiàn) 衛(wèi)星信號的接收，實現(xiàn)信號監(jiān)視和自我定位參照，同時對收到的衛(wèi)星信號進行提純后再轉(zhuǎn) 發(fā)，并能選擇發(fā)送的衛(wèi)星導航信號組合模式，實現(xiàn)對GPS、GLS、Bl、B3四頻點衛(wèi)星導航信號 的同時接收、信號和位置監(jiān)視、信號提純轉(zhuǎn)發(fā)、轉(zhuǎn)發(fā)信號選擇和功率控制，并可實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)信 號功率的自主校準，是進行衛(wèi)星導航接收機室內(nèi)研發(fā)試驗和生產(chǎn)測試檢驗的多功能有力工 具，本發(fā)明的目的之一是將轉(zhuǎn)發(fā)信號進行提純，在轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號之前將噪聲剔除，本發(fā)明的 目的之二是要讓設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)信號的同時進行衛(wèi)星監(jiān)視，提供當前接收衛(wèi)星信號和定位的數(shù) 據(jù)參照，并提供轉(zhuǎn)發(fā)輸出模式組合選擇控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的硬件原理框圖。

【具體實施方式】
[0024] 實施例一 如圖1所示。
[0025] 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，包括以下結(jié)構(gòu)： 接收天線模塊：接收GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號，將GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號進行濾波放大 處理，輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號； 接收通道單元：接收到低噪聲且放大的衛(wèi)星信號后，進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信 號處理單元要求的中頻信號； 接收到接收通道單元輸出的中頻信號，將中頻信號進行AD轉(zhuǎn)換、并對AD轉(zhuǎn)換輸出的信 號進行解擴處理、解調(diào)處理、定位處理，鎖定某一衛(wèi)星信號后，輸出鎖定衛(wèi)星的測距、測速參 數(shù)、解調(diào)出鎖定衛(wèi)星的導航電文，同時讀取測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、 設(shè)置的定位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包，同時經(jīng) 過DA模塊按時鐘周期轉(zhuǎn)發(fā)輸出中頻信號； 發(fā)射信道單元：接收發(fā)射信道單元DA模塊輸出的中頻信號，對DA模塊輸出中頻信號進 行功率控制的同時進行上變頻處理、合成處理、衰減輸出處理； 時鐘頻率模塊：為接收通道單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)字信號處理單元提供對應的輸 入頻率源； 嵌入式工控機單元：用于顯示收到的GPS、GLS、Bl、B3衛(wèi)星信號和信號功率信息；該單 元通過RS232數(shù)據(jù)接口與數(shù)字信號處理單元通信，信號處理單元將衛(wèi)星通道信息內(nèi)容以約 定的NMEA0183格式輸出數(shù)據(jù)報文，LCD顯示模塊通過接收、解析、存儲并動態(tài)顯示等處理完 成顯控功能。
[0026] 接收天線模塊包含2個陣元天線、2個低噪聲放大器，2個陣元天線一一對應2個 低噪聲放大器；2個陣元天線分別是：1個GPS+GLS+B1天線板、1個BD2-B3天線板，2個低噪 聲放大器分別是：GNSS低噪聲放大器、BD2低噪聲放大器，GNSS低噪聲放大器、BD2低噪聲 放大器均主要由濾波器和低噪聲場效應放大器構(gòu)成，GPS+GLS+B1天線板與GNSS低噪聲放 大器對應連接，BD2-B3天線板與BD2低噪聲放大器對應連接；接收天線模塊引入GNSS衛(wèi)星 信號和BD2信號，接收天線模塊通過低噪聲放大器將陣元天線接收的微弱衛(wèi)星導航信號進 行濾波后放大，減小引入的噪聲，最后輸出到接收通道單元。
[0027] 接收通道單元：接收通道單元分為4路接收信道，4路接收信道分別是：1路GPS接 收信道、1路GLS接收信道和2路BD2接收信道，1路GPS接收信道和1路GLS接收信道分 別將GNSS低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的 中頻信號，2路BD2接收信道對BD2低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿 足信號處理單元要求的中頻信號； 數(shù)字信號處理單元：包括FPGA，與FPGA連接的AD模塊、DA模塊、DSP定位模塊、RAM、夕卜 圍接口電路，接收通道單元輸出的中頻信號經(jīng)過AD模塊輸入到FPGA，F(xiàn)PGA對接收通道單元 輸出的中頻信號進行快速捕獲、抗干擾處理、調(diào)制處理后經(jīng)過DA模塊輸出中頻信號；數(shù)字 信號處理單元實現(xiàn)對導航信號的快速捕獲，并進行抗干擾處理后，然后調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0028] 如圖1,接收天線模塊通過長度約50m的饋線連接，接收天線模塊的天線延伸到室 外。
[0029] 如圖1，接收通道單元：接收通道單元分為4路接收信道，4路接收信道分別是：1 路GPS接收信道、1路GLS接收信道和2路BD2接收信道，1路GPS接收信道和1路GLS接 收信道分別將GNSS低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單 元要求的中頻信號，2路BD2接收信道對BD2低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾 波、輸出滿足信號處理單元要求的中頻信號；具體的來說，接收天線模塊輸出1路GPS信號、 1路GLS信號、1路B1信號、1路B3信號，1路GPS信號通過GPS下變頻器進行下變頻處理， 1路GLS信號通過GLS下變頻器進行下變頻處理，1路B1信號通過B1下變頻器進行下變頻 處理，1路B3信號通過B3下變頻器進行下變頻處理，經(jīng)過上述下變頻器處理后的信號都分 別進行放大、濾波、輸出，輸出到數(shù)字信號處理單元后，數(shù)字信號處理單元有對應圖1中4路 AD轉(zhuǎn)換器，對上述4路下變頻器處理后的信號進行AD轉(zhuǎn)換。
[0030] 數(shù)字信號處理單元對AD轉(zhuǎn)換器的信號進行處理后。由DA轉(zhuǎn)換器輸出。
[0031] DA轉(zhuǎn)換器輸出到發(fā)射信道單元。
[0032] 發(fā)射信道單元：發(fā)射信道單元包括含有中頻信號的GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道，中頻信號為數(shù)字信號處理單元輸出的中頻信號，GPS L1信道對應 GPS上變頻模塊、GLS G1信道對應GLS上變頻模塊、BD2 B1信道對應B1上變頻模塊、BD2 B3 信道對應B3上變頻模塊，GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道中的中頻 信號進行上變頻處理，變頻處理后的信號進行信號合成處理，最后經(jīng)過衰減器衰減后輸出， 且GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道中的中頻信號受到數(shù)字信號處理 單元的功率控制模塊的功率控制。
[0033] 發(fā)射天線模塊：發(fā)射天線模塊包括1個GPS+GLS+ B1天線板和1個BD2-B3天線 板；發(fā)射天線模塊負責轉(zhuǎn)發(fā)GPS、GLS和BD2衛(wèi)星導航信號。
[0034] 時鐘頻率模塊：時鐘頻率模塊采用恒溫晶振作為10MHz時鐘參考輸入源，經(jīng)過放 大倍頻等處理后，輸出不同功率的10MHz和60Hz的頻率信號；為數(shù)字信號處理單元和接收 通道單元、發(fā)射信道單元提供不同頻率和不同類型的輸入頻率源。
[0035] 嵌入式工控機單元包括工控接收機和IXD顯示模塊，工控接收機為PC104工控接 收機。
[0036] GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號為GPS衛(wèi)星信號、GLS衛(wèi)星信號，BD2衛(wèi)星信號包括B1衛(wèi)星 信號、B3衛(wèi)星信號，由于B2衛(wèi)星信號為軍用衛(wèi)星信號，因此本發(fā)明不涉及B2衛(wèi)星信號。B1 衛(wèi)星信號、B3衛(wèi)星信號均為北斗衛(wèi)星信號，由于B1衛(wèi)星信號的頻點與GPS和GLS的頻率接 近，因此GPS衛(wèi)星信號、GLS衛(wèi)星信號、B1衛(wèi)星信號由GPS+GLS+B1天線板接入。
[0037] 本發(fā)明采用了衛(wèi)星導航接收機與信號發(fā)射機相結(jié)合的技術(shù)，首先能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星信 號的接收，實現(xiàn)信號監(jiān)視和自我定位參照，同時對收到的衛(wèi)星信號進行提純，包括濾波、放 大、AD數(shù)字化(或進行抗干擾）處理、解擴、解調(diào)、定位，然后對包含星座信息的數(shù)字信號放 大、調(diào)制、擴頻、DA變換、功率衰減控制等一系列處理，以保證轉(zhuǎn)發(fā)信號的質(zhì)量和幅度。
[0038] 數(shù)字信號處理單元由信號采樣模塊、信號處理模塊、信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊、外圍接口電路 及其軟件等組成。信號采樣模塊為AD模塊，信號處理模塊為FPGA，數(shù)字信號處理單元還包 括與FPGA連接的DSP定位模塊，信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊為DA模塊，數(shù)字信號處理單元共設(shè)計24個 BD2信號處理通道，10個GPS信號處理通道，10個GLONASS信號處理通道，實現(xiàn)對導航信號 的快速捕獲，并進行抗干擾處理后，然后調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
[0039] 數(shù)字信號處理單元還負責整機的各個主要模塊的自檢，此外還通過數(shù)據(jù)接口 (RS232)完成設(shè)備主機與外部計算機的監(jiān)控軟件之間的控制通信。
[0040] 本發(fā)明還包括電源變換模塊可適應AC 220±10%寬范圍電壓輸入，利用AC/DC電 源變換器將交流電源轉(zhuǎn)換成不同的電路板所需的多路+5V和+28V直流電源，各路輸出采用 隔離方式，更好的滿足電磁兼容性要求。
[0041] 低噪聲放大器將天線接收的微弱衛(wèi)星導航信號放大到-70db至-130db的電平，并 盡可能減小引入的噪聲。
[0042] 在發(fā)射信道單元中，為了保持各個頻點的通用性，將設(shè)計為每個頻點單獨作為一 個模塊，每個模塊的供電、時鐘信號與控制信號使用一樣的接口，而且其接口與結(jié)構(gòu)均一 致。
[0043] 實施例2 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的工作方法：包含轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā) 式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的工作方法為：轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備加電后首先進行初 始化工作：設(shè)備自檢，根據(jù)保存的星歷、歷書對GPS、GLS、BD2的信號處理通道進行相關(guān)參數(shù) 預置、進行衛(wèi)星搜索，以實現(xiàn)快速捕獲和信號轉(zhuǎn)發(fā)； 初始化完成后，設(shè)備進入正常工作狀態(tài)，進行下述工作： 根據(jù)初始存儲數(shù)據(jù)設(shè)置設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)工作模式，或者通過接收串行通信接口實時接收、 處理設(shè)備外部的控制信息； 接收天線模塊輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號到接收通道單元，接收通道單元對衛(wèi)星信 號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的中頻信號； 數(shù)字信號處理單元控制各信號處理通道分別對BD2衛(wèi)星、GPS衛(wèi)星進行快速捕獲和跟 蹤，當信號處理通道鎖定衛(wèi)星信號后，可輸出測距、測速參數(shù)，解調(diào)出鎖定衛(wèi)星的導航電文， 同時按要求輸出同步脈沖； 同時，當信號處理通道鎖定某一顆衛(wèi)星以后，立即開始對該通道啟動載波調(diào)制、擴頻和 按時鐘周期轉(zhuǎn)發(fā)載波信號； 讀取數(shù)字信號處理單元的測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、設(shè)置的定 位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包到嵌入式工控機單 元； 數(shù)字信號處理單元后對各個通道的載波信號合成并完成DA轉(zhuǎn)換，再通過與射頻模塊 的接口約定，實現(xiàn)對上變頻的信號進行功率控制，發(fā)送到發(fā)射天線模塊，這樣完成了信號轉(zhuǎn) 發(fā)過程，另外，信號跟蹤過程中，當數(shù)字信號處理單元發(fā)現(xiàn)設(shè)備跟蹤的某一顆或幾顆衛(wèi)星信 號失鎖以后，則立即關(guān)閉該通道的載波信號轉(zhuǎn)發(fā)，以免干擾某些接收機對失鎖的有效判斷。
[0044] 實施例3 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的應用方法，包含轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，還包 括被測衛(wèi)星信號接收機，轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備接收到衛(wèi)星信號，對衛(wèi)星信號進行 測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、設(shè)置的定位模式進行定位、速度解算，并按 協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包到嵌入式工控機單元，完成定位分析信息輸出，數(shù)字 信號處理單元對衛(wèi)星信號進行轉(zhuǎn)發(fā)，由發(fā)射天線模塊完成信號轉(zhuǎn)發(fā)過程，被測衛(wèi)星信號接 收機接收到發(fā)射天線模塊的輸出信號，被測衛(wèi)星信號接收機根據(jù)自身程序完成對衛(wèi)星的定 位分析信息輸出，比較被測衛(wèi)星信號接收機的定位分析信息與轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè) 備的定位分析信息，如果比較差異過大，則可以判斷被測衛(wèi)星信號接收機自身故障，如果差 異較小，則可以判斷被測衛(wèi)星信號接收機無故障。
[0045] 如上所述，則能很好的實現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1. 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：包括以下結(jié)構(gòu)： 接收天線模塊：接收GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號，將GPS、GLS、BD2衛(wèi)星信號進行濾波放大 處理，輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號； 接收通道單元：接收到低噪聲且放大的衛(wèi)星信號后，進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信 號處理單元要求的中頻信號； 數(shù)字信號處理單元：接收到接收通道單元輸出的中頻信號，將中頻信號進行AD轉(zhuǎn)換、 并對AD轉(zhuǎn)換輸出的信號進行解擴處理、解調(diào)處理、定位處理，鎖定某一衛(wèi)星信號后，輸出鎖 定衛(wèi)星的測距、測速參數(shù)、解調(diào)出鎖定衛(wèi)星的導航電文，同時讀取測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根 據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、設(shè)置的定位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183 格式的數(shù)據(jù)包，同時經(jīng)過DA模塊按時鐘周期轉(zhuǎn)發(fā)輸出中頻信號； 發(fā)射信道單元：接收發(fā)射信道單元DA模塊輸出的中頻信號，對DA模塊輸出中頻信號進 行功率控制的同時進行上變頻處理、合成處理、衰減輸出處理； 時鐘頻率模塊：為接收通道單元、數(shù)字信號處理單元、數(shù)字信號處理單元提供對應的輸 入頻率源； 嵌入式工控機單元：用于顯示收到的GPS、GLS、Bl、B3衛(wèi)星信號和信號功率信息；該單 元通過RS232數(shù)據(jù)接口與數(shù)字信號處理單元通信，信號處理單元將衛(wèi)星通道信息內(nèi)容以約 定的NMEA0183格式輸出數(shù)據(jù)報文，LCD顯示模塊通過接收、解析、存儲并動態(tài)顯示等處理完 成顯控功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于： 接收天線模塊包含2個陣元天線、2個低噪聲放大器，2個陣元天線一一對應2個低噪 聲放大器；2個陣元天線分別是：1個GPS+GLS+B1天線板、1個BD2-B3天線板，2個低噪聲放 大器分別是：GNSS低噪聲放大器、BD2低噪聲放大器，GNSS低噪聲放大器、BD2低噪聲放大 器均主要由濾波器和低噪聲場效應放大器構(gòu)成，GPS+GLS+B1天線板與GNSS低噪聲放大器 對應連接，BD2-B3天線板與BD2低噪聲放大器對應連接；接收天線模塊引入GNSS衛(wèi)星信號 和BD2信號，接收天線模塊通過低噪聲放大器將陣元天線接收的微弱衛(wèi)星導航信號進行濾 波后放大，減小引入的噪聲，最后輸出到接收通道單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：接收通道單元： 接收通道單元分為4路接收信道，4路接收信道分別是：1路GPS接收信道、1路GLS接收信 道和2路BD2接收信道，1路GPS接收信道和1路GLS接收信道分別將GNSS低噪聲放大器 送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的中頻信號，2路BD2接收信 道對BD2低噪聲放大器送來的信號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的中 頻信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：數(shù)字信號處理 單元：包括FPGA，與FPGA連接的AD模塊、DA模塊、DSP定位模塊、RAM、外圍接口電路，接收 通道單元輸出的中頻信號經(jīng)過AD模塊輸入到FPGA，F(xiàn)PGA對接收通道單元輸出的中頻信號 進行快速捕獲、抗干擾處理、調(diào)制處理后經(jīng)過DA模塊輸出中頻信號；數(shù)字信號處理單元實 現(xiàn)對導航信號的快速捕獲，并進行抗干擾處理后，然后調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：發(fā)射信道單元： 發(fā)射信道單元包括含有中頻信號的GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道， 中頻信號為數(shù)字信號處理單元輸出的中頻信號，GPS L1信道對應GPS上變頻模塊、GLS G1 信道對應GLS上變頻模塊、BD2 B1信道對應B1上變頻模塊、BD2 B3信道對應B3上變頻模 塊，GPS L1信道、GLS G1信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道中的中頻信號進行上變頻處理， 變頻處理后的信號進行信號合成處理，最后經(jīng)過衰減器衰減后輸出，且GPS L1信道、GLS G1 信道、BD2 B1信道和BD2 B3信道中的中頻信號受到數(shù)字信號處理單元的功率控制模塊的 功率控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：發(fā)射天線模塊： 發(fā)射天線模塊包括1個GPS+GLS+ B1天線板和1個BD2-B3天線板；發(fā)射天線模塊負責轉(zhuǎn)發(fā) GPS、GLS和BD2衛(wèi)星導航信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：時鐘頻率模塊： 時鐘頻率模塊采用恒溫晶振作為10MHz時鐘參考輸入源，經(jīng)過放大倍頻等處理后，輸出不 同功率的10MHz和60Hz的頻率信號；為數(shù)字信號處理單元和接收通道單元、發(fā)射信道單元 提供不同頻率和不同類型的輸入頻率源。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，其特征在于：嵌入式工控機 單元包括工控接收機和IXD顯示模塊，工控接收機為PC104工控接收機。
9. 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的工作方法：包含權(quán)利要求1-8中任意一項轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi) 星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的工作方法為：轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視 模擬設(shè)備加電后首先進行初始化工作：設(shè)備自檢，根據(jù)保存的星歷、歷書對GPS、GLS、BD2的 信號處理通道進行相關(guān)參數(shù)預置、進行衛(wèi)星搜索，以實現(xiàn)快速捕獲和信號轉(zhuǎn)發(fā)； 初始化完成后，設(shè)備進入正常工作狀態(tài)，進行下述工作： 根據(jù)初始存儲數(shù)據(jù)設(shè)置設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)工作模式，或者通過接收串行通信接口實時接收、 處理設(shè)備外部的控制信息； 接收天線模塊輸出低噪聲且放大的衛(wèi)星信號到接收通道單元，接收通道單元對衛(wèi)星信 號進行變頻、放大、濾波、輸出滿足信號處理單元要求的中頻信號； 數(shù)字信號處理單元控制各信號處理通道分別對BD2衛(wèi)星、GPS衛(wèi)星進行快速捕獲和跟 蹤，當信號處理通道鎖定衛(wèi)星信號后，可輸出測距、測速參數(shù)，解調(diào)出鎖定衛(wèi)星的導航電文， 同時按要求輸出同步脈沖； 同時，當信號處理通道鎖定某一顆衛(wèi)星以后，立即開始對該通道啟動載波調(diào)制、擴頻和 按時鐘周期轉(zhuǎn)發(fā)載波信號； 讀取數(shù)字信號處理單元的測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、設(shè)置的定 位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包到嵌入式工控機單 元； 數(shù)字信號處理單元后對各個通道的載波信號合成并完成DA轉(zhuǎn)換，再通過與射頻模塊 的接口約定，實現(xiàn)對上變頻的信號進行功率控制，發(fā)送到發(fā)射天線模塊，這樣完成了信號轉(zhuǎn) 發(fā)過程，另外，信號跟蹤過程中，當數(shù)字信號處理單元發(fā)現(xiàn)設(shè)備跟蹤的某一顆或幾顆衛(wèi)星信 號失鎖以后，則立即關(guān)閉該通道的載波信號轉(zhuǎn)發(fā)，以免干擾某些接收機對失鎖的有效判斷。
10. 轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的應用方法，其特征在于：包含權(quán)利要求1-8中任意 一項轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備，還包括被測衛(wèi)星信號接收機，轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模 擬設(shè)備接收到衛(wèi)星信號，對衛(wèi)星信號進行測量數(shù)據(jù)和解調(diào)電文，根據(jù)測量參數(shù)、衛(wèi)星電文、 設(shè)置的定位模式進行定位、速度解算，并按協(xié)議要求輸出NMEA0183格式的數(shù)據(jù)包到嵌入式 工控機單元，完成定位分析信息輸出，數(shù)字信號處理單元對衛(wèi)星信號進行轉(zhuǎn)發(fā)，由發(fā)射天線 模塊完成信號轉(zhuǎn)發(fā)過程，被測衛(wèi)星信號接收機接收到發(fā)射天線模塊的輸出信號，被測衛(wèi)星 信號接收機根據(jù)自身程序完成對衛(wèi)星的定位分析信息輸出，比較被測衛(wèi)星信號接收機的定 位分析信息與轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星信號監(jiān)視模擬設(shè)備的定位分析信息，如果比較差異過大，則可以 判斷被測衛(wèi)星信號接收機自身故障，如果差異較小，則可以判斷被測衛(wèi)星信號接收機無故 障。
【文檔編號】H04B7/185GK104113371SQ201410353758
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】張鵬, 鐘勇, 余湋, 左培成, 徐坤智 申請人:成都天奧信息科技有限公司