一种基于北斗的地基导航信号网络系统技术方案

本发明专利技术属于卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于北斗的地基导航信号网络系统，包括地基伪卫星、地面监测站、北斗伪卫星兼容接收终端、地基导航信号网络运行管理中心；其中地基伪卫星和各个地面监测站组成一个光纤网络，并通过光纤网络与地基导航信号网络运行管理中心相连；地基伪卫星负责播发地基导航信号及电文；地面监测站负责对伪卫星信号进行完好性监测，解算伪卫星星间时差，并将信息上传地基导航信号网络运行管理中心；地基导航信号网络运行管理中心负责时间同步信息统一解算，并将完好性和时间信息通过光纤网络传递给伪卫星，北斗伪卫星兼容接收终端最后完成独立定位与协同定位的位置解算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于卫星导航
，尤其涉及一种基于北斗的地基导航信号网络系统。
技术介绍
卫星导航系统在全球服务性行业、军事领域有着广泛的应用。但是由于卫星在离地20000km左右高度的轨道上运行，地面用户接收到的卫星导航信号非常微弱，有时导致信号稳定性差，甚至接收不到卫星信号。这一定程度上限制了卫星导航系统所提供的服务性能。而利用地基伪卫星导航系统可以明显改善提升卫星导航系统性能，但是，基于我国北斗卫星导航系统的区域地基增强技术还处于起步阶段，相关研究很少，基本处于空白，如何改善卫星的空间几何分布，减小roop值，同时地基导航信号网络与北斗卫星导航系统能够兼容，从而明显提升北斗卫星系统的服务性能，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于北斗的地基导航信号网络系统，包括地基伪卫星、地面监测站、北斗伪卫星兼容接收终端、地基导航信号网络运行管理中心；其中地基伪卫星和各个地面监测站组成一个光纤网络，并通过光纤网络与地基导航信号网络运行管理中心相连；北斗伪卫星兼容接收终端通过无线网络与北斗卫星和地基伪卫星相连；地基伪卫星负责播发地基导航信号及电文；地面监测站负责对伪卫星信号进行完好性监测，解算伪卫星星间时差，并将信息上传地基导航信号网络运行管理中心；地基导航信号网络运行管理中心负责时间同步信息统一解算，并将完好性和时间信息通过光纤网络传递给伪卫星，北斗伪卫星兼容接收终端最后完成独立定位与协同定位的位置解算。所述地基伪卫星包括五大模块，控制单元、基带信号生成模块、射频信号生成模块、伪随机脉冲信号生成模块和时频基准信号产生模块；其中控制单元负责接收PC的参数，实现各模块的参数配置，包括基带信号的测距码参数配置、射频信号的功率设置、门控单元跳时码发生器设置、脉冲时隙的配置；基带信号生成模块利用基带数字调制技术，在数字域内完成北斗BI和B3信号的数据和伪码调制，得到的符号信息通过DDS技术调制到数字中频基带信号；射频信号生成模块完成数字中频到模拟射频信号的变频工作，同时，通过程控衰减器控制发射信号功率的大小；功率控制采用数字功率控制和射频模拟信号功率控制相结合的方式；伪随机脉冲信号生成模块利用伪随机码发生器产生伪随机脉冲序列，控制门控开关按照相应的时隙表产生跳时脉冲伪卫星导航信号；为了产生精密可控的伪随机脉冲信号需采用伪随机脉冲信号生成技术，包括伪随机脉冲图案生成和伪随机脉冲信号的精密控制两个方面；对于伪随机脉冲图案生成技术，根据伪随机脉冲的周期要求，设计相应伪码发生器；根据设计的时隙要求，利用相应的码发生器产生的序列对时隙总数求余得到本次脉冲信号的位置；对于伪随机脉冲信号的产生拟采用超前控制策略，即每一个码周期产生的脉冲位置由前一个码周期中计算的脉冲位置决定，这样最大限度的保证伪随机脉冲信号的实时性和同步性，从而实现精密控制。所述时频基准信号产生模块负责为整个伪卫星系统提供标准时钟信号，同时，完成与信息网管中心的信息交互；时钟频率基准源是伪卫星的核心，负责提供系统各模块所需稳定准确的时钟；为了保证时钟模块的可靠性，时钟频率基准源拟采用3种方式实现，包括光纤时频信号、内部基准时钟信号、外接基准时钟信号；由光纤时钟模块产生1MHz高稳定度的时钟信号作为基准时钟源，通过驱动和分频产生各模块所需的频标信号；其中，1MH的时钟频率基准源由系统内自备的高稳恒温晶振产生或自由选择原子频标。所述地基伪卫星的工作流程:首先控制单元配置各单元参数，基带信号生成模块采用数字调制技术完成信号的数据和伪码调制，得到数字中频基带信号，然后由射频信号生成器完成中频到模拟射频信号的变频，并控制发射信号的功率大小，伪随机脉冲信号产生模块产生随机脉冲序列，控制门控开关按相应的时隙表产生跳时脉冲伪卫星导航信号，最后由天线发射，整个过程时频基准模块为系统提供精准时钟信号。所述数字功率控制是在伪卫星的数字基带部分完成，数字功率控制的任务是根据设定的卫星功率，在数字基带部分完成卫星信号功率的控制，从而满足伪卫星发射功率可控制的要求；所述射频模拟信号功率控制的任务是完成通道射频信号的功率程控；同时，发射信号的谐波功率来源于混频器和放大器的失真，系统输出功率较小，输出级采用低失真的线性功率放大器，具有很好的谐波特性；同时，在输出级采用滤波器的方法抑制带外谐波和杂波；通过滤波器后，达到<40dB谐波抑制程度；杂波的来源包括混频过程的交调失真和直接数字信号生成过程中引入的杂散；带外的杂波通过滤波器进行有效抑制；为保证带内信号的杂波抑制性能，通过合理的频点设计，避免混频过程的交调失真信号落入信号频带内；若系统需要60dB杂散抑制，则DDS截断后相位lObit，如果DDS截断后的相位llbit，则达至Ij 66dB的相位抑制性能。所述地面监测站由天线、第一射频单元、第一基带信号处理单元和信息处理单元四个部分依次相连组成；地面监测站能同时接收利用本地坐标、伪卫星坐标以及实时观测量完成伪卫星间时间同步精度测量、系统完好性监测，同时地面监测站接收北斗卫星信号并实时生成差分信息，然后通过数据接口将伪卫星观测量、伪卫星时间同步精度、系统完好性监测信息和差分信息送往运行管理中心；其中所述天线接收信号，第一射频单元对信号进行滤波，放大，所述信息处理单元从第一基带信号处理单元分别提取原始观测数据、导航电文，接收GNSS原始观测数据；利用原始观测量完成系统完好性监测和计算；进行伪距单点定位并实时生成差分信息，最后输出结果传送至地基导航信息网络运行管理中心。所述北斗伪卫星兼容接收终端包括天线模块、第二射频单元、第二基带信号处理单元、导航解算模块和用户接口，能同时接收北斗卫星信号和伪卫星信号，完成两种导航信号的捕获、跟踪、解调、原始观测量提取，具备独立定位和协同定位功能；所述第二射频单元包括各频点低噪声放大器和接收下变频模块；采用高度集成化的射频集成芯片和小型化无源部件，应用微波多层微带电路技术，实现有限空间内的高度集成；第二射频单元采用超外差式体系结构，以获得极佳的选择性和灵敏度，同时应用多级AGC电路，以适应动态的要求，实现对不同频点的选择接收、AGC状态监测的功能；所述第二基带信号处理单元由捕获电路、多通道信号跟踪与解调电路、基本观测量提取电路、定时电路、接口控制电路组成，用于完成北斗卫星信号和伪卫星信号快速捕获、跟踪及解调译码功能，提取并输出伪距、载波相位、载波多普勒、导航电文的原始观测信息；根据原始观测量实现北斗系统独立定位以及北斗系统和伪卫星协同定位；采用实时多任务结构；各任务相互独立，分别具有各自的处理流程；各任务采取信号量同步机制；采用DMA方式进行数据传输，减少CPU在传输的开销，提高数据传输效率和软件处理能力。所述第二基带信号处理单元中，A/D采样信号在捕获电路中经数字正交下变频，采用多路时域并行相关和频域FFT的算法，完成对测距码相位查找以及载波多普勒的确定；多通道信号跟踪与解调电路应用FLL/PLL环相结合的跟踪算法实现对载波的跟踪和导航电文的解调，采用载波辅助的延迟锁定环跟踪扩频码；基本观测量提取单元将完成伪距、载波相位和多普勒这些基本观测量的提取；导航电文和观测量数据通过并行接口送到北斗卫星定位解算单元；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于北斗的地基导航信号网络系统，其特征在于，包括地基伪卫星、地面监测站、北斗伪卫星兼容接收终端、地基导航信号网络运行管理中心；其中地基伪卫星和各个地面监测站组成一个光纤网络，并通过光纤网络与地基导航信号网络运行管理中心相连；北斗伪卫星兼容接收终端通过无线信号与北斗卫星和地基伪卫星相连；地基伪卫星负责播发地基导航信号及电文；地面监测站负责对伪卫星信号进行完好性监测，解算伪卫星星间时差，并将信息上传地基导航信号网络运行管理中心；地基导航信号网络运行管理中心负责时间同步信息统一解算，并将完好性和时间信息通过光纤网络传递给伪卫星，北斗伪卫星兼容接收终端最后完成独立定位与协同定位的位置解算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红洋，沈兵，李晶，于渊，周子麟，
申请(专利权)人：交通信息通信技术研究发展中心，北京国交信通科技发展公司，
类型：发明
国别省市：北京;11