一种星载双模四频GNSS导航接收机制造技术

一种星载双模四频GNSS导航接收机，包括射频信号处理电路、L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器、下变频及模数转换采样电路、晶振、中频数字信号处理电路、测量数据预处理模块、组合滤波模块、导航定位模块。本发明专利技术设计采用无源天线输入混合信号，支持同时解调GPS卫星L1、L2频点及北斗二代卫星B1、B3频点共四种信号，同步进行差分定位解算，有效利用GPS与北斗双系统卫星的四个频点，极大的提高了接收机在空间环境中的定位精度，同时系统可靠性也得到了很大增强，同时兼具实时与事后精密定轨能力，为卫星空间运行提供多种精密定轨服务。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GNSS导航接收机。
技术介绍
北斗卫星导航定位系统是我国自行研制的，为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的新型、全天候、区域性的卫星导航定位系统。北斗二代卫星定位系统的运营使用，使得我国国防领域导航定位需求能够摆脱对GPS系统的依赖，为维护国家安全、推动经济文化全面发展提供了重要保障。使用GPS与北斗系统进行定位导航需要使用接收机，我国传统各型卫星配备的星载GNSS接收机是以GPS系统实现实时定轨的，并且该类型设备体积重量均非常大但性能指标缺远低于地面类似设备。随着近年来小型化、微纳卫星的发展，传统的星载GNSS接收机已经不能满足需求，另外北斗系统的快速发展也需要星载GNSS接收机能够支持北斗系统应用。GPSL1频点信号的测距码以1.023Mcps的码速率调制在1575.42MHz的载波信号上，L2频点信号的测距码以10.23Mcps的码速率调制在1227.6MHz的载波信号上。同时处理L1、L2双频信号并进行对消电离层能够实现高精度定位，但是由于L2频点上加载的测距码经过美国军方的特殊加密处理无法直接使用，所以只能通过特殊方式对L2载波信号进行跟踪，同时也会使得L2信号跟踪强度天然比L1信号低最少11dBm。同理，北斗B1频点信号的测距码以2.046Mcps的码速率调制在1561.098MHz的载波信号上，北斗B3频点信号的测距码以10.23Mcps的码速率调制在1268.52MHz的载波信号上。在相同的情况下，B3频点的码速率是B1频点的5倍，因此理论上单B3频点的定位精度能达到单B1频点的5倍，而在观测条件较差、可用卫星数较少的的情况下，卫星进行北斗伪距单点定位时，单频伪距单点定位性能急剧下降，而B1、B3双频伪距单点定位精度却可以较好的约束误差的离散范围，提高接收机的定位精度和可用性。因此实现一种能够同时支持GPSL1、L2频点及北斗二代B1、B3频点的导航接收机已经十分迫切。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于GPS和北斗二代导航系统的星载双模四频点GNSS接收机，能够安装在卫星上提供可靠的定位连续性和较高的定位精度，同时还能通过四频点差分有效提高实时定位精度，输出观测数据为事后精密定轨提供基础数据，具备较高的可靠性，能够适应空间复杂的应用环境。本专利技术的技术解决方案是：一种星载双模四频GNSS导航接收机，包括射频信号处理电路、L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器、下变频及模数转换采样电路、晶振、中频数字信号处理电路、测量数据预处理模块、组合滤波模块、导航定位模块，其中：射频信号处理电路：接收外部输入的同时含有GPS卫星L1频点、L2频点及北斗卫星B1频点、B3频点的混合射频信号，对混合射频信号进行放大并进行带通滤波后通过功分器分为两路，一路为含有GPS卫星L1频点、L2频点的射频信号，一路为含有北斗卫星B1频点、B3频点的射频信号；对两路信号分别再经过放大滤波后通过功分器最终得到四路信号，分别为L1射频信号、L2射频信号、B1射频信号、B3射频信号并同时输出至L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器；L1窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以L1频点为中心的带通滤波，得到L1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；L2窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以L2频点为中心的带通滤波，得到L2频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；B1窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以B1频点为中心的带通滤波，得到B1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；B3窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以B3频点为中心的带通滤波，得到B3频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；晶振：产生基准频率信号并送至下变频及模数转换采样电路；下变频及模数转换采样电路：对L1频点、L2频点、B1频点、B3频点的四个高频信号分别进行下变频，并根据晶振提供的基准频率信号构建同步采样时钟，利用所述同步采样时钟对下变频后的四种信号进行同步采样，分别得到L1频点、L2频点、B1频点、B3频点各自的中频数字信号，并将四个频点的中频数字信号以及同步采样时钟送至中频数字信号处理电路；中频数字信号处理电路：对L1频点、L2频点、B1频点、B3频点各自的中频数字信号分别进行捕获跟踪，获取有效跟踪的各个GPS卫星L1频点原始测量数据、L2频点原始测量数据以及北斗卫星B1频点原始测量数据、B3频点原始测量数据，所述的原始测量数据包括码计数、载波计数、多普勒和原始电文，其中码计数和载波计数通过同步采样时钟获得；测量数据预处理模块：针对中频数字信号处理电路传来的GPS卫星L1频点原始测量数据、L2频点原始测量数据以及北斗卫星B1频点原始测量数据、B3频点原始测量数据分别进行相同的操作，包括通过码计数累加得到卫星的观测时间，结合载波计数修正后计算得到原始伪距，通过多普勒与载波计数修正计算得到伪距率，通过对GPS原始电文进行奇偶校验解码得到GPS解调电文，通过对北斗原始电文进行BCH解码得到北斗解调电文；从组合滤波模块获取原始伪距修正量和伪距率修正量，利用原始伪距修正量对原始伪距进行修正并送至导航定位模块，利用伪距率修正量对伪距率进行修正并送至导航定位模块；导航定位模块：根据修正后的GPS卫星及北斗卫星的原始伪距，分别进行卫星钟差修正、电离层误差修正、电离层差分修正、对流层误差修正、地球自转误差修正，得到最终可用于定位的修正伪距；同时，通过解析电文解算GPS卫星L1频点与L2频点以及北斗卫星B1频点与B3频点的各个卫星参数，所述的卫星参数包括位置、速度、钟差；利用修正伪距、卫星参数、伪距率解算出导航数据、观测数据和1PPS后向外部输出；组合滤波模块：使用卡尔曼滤波算法对导航定位模块输出的导航信息进行组合导航滤波，过滤导航信息中的异常值，结合导航接收机的速度、加速度以及滤波处理后的导航信息，计算出原始伪距修正量和伪距率修正量并反馈至测量数据预处理模块。所述的中频数字信号处理电路包括捕获配置器、FFT捕获单元、通道配置器、n个通道、相关运算单元和锁存采样单元，捕获配置器对FFT捕获单元进行参数配置，FFT捕获单元依据配置参数对输入的B1频点中频数字信号与B3频点中频数字信号进行捕获操作，捕获到的信号被送入通道配置器，通道配置器将从n个通道中选择一个空闲通道对捕获到的信号进行跟踪，相关运算单元使用相关时钟对所有n个通道同一时刻的信号进行相关计算，锁存采样单元使用锁存时钟对所有n个通道同一时刻的信号进行参数跟踪采样并锁存采样值，以此从各个通道中获取并输出B1原始测量数据与B3原始测量数据。所述的L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器或者B3窄带带通滤波器为声表面波带通滤波器。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提出了星载双模四频GNSS接收机的整体解决方案，从根本上解决了传统星载GPS接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载双模四频GNSS导航接收机，其特征在于：包括射频信号处理电路、L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器、下变频及模数转换采样电路、晶振、中频数字信号处理电路、测量数据预处理模块、组合滤波模块、导航定位模块，其中：射频信号处理电路：接收外部输入的同时含有GPS卫星L1频点、L2频点及北斗卫星B1频点、B3频点的混合射频信号，对混合射频信号进行放大并进行带通滤波后通过功分器分为两路，一路为含有GPS卫星L1频点、L2频点的射频信号，一路为含有北斗卫星B1频点、B3频点的射频信号；对两路信号分别再经过放大滤波后通过功分器最终得到四路信号，分别为L1射频信号、L2射频信号、B1射频信号、B3射频信号并同时输出至L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器；L1窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以L1频点为中心的带通滤波，得到L1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；L2窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以L2频点为中心的带通滤波，得到L2频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；B1窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以B1频点为中心的带通滤波，得到B1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；B3窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以B3频点为中心的带通滤波，得到B3频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；晶振：产生基准频率信号并送至下变频及模数转换采样电路；下变频及模数转换采样电路：对L1频点、L2频点、B1频点、B3频点的四个高频信号分别进行下变频，并根据晶振提供的基准频率信号构建同步采样时钟，利用所述同步采样时钟对下变频后的四种信号进行同步采样，分别得到L1频点、L2频点、B1频点、B3频点各自的中频数字信号，并将四个频点的中频数字信号以及同步采样时钟送至中频数字信号处理电路；中频数字信号处理电路：对L1频点、L2频点、B1频点、B3频点各自的中频数字信号分别进行捕获跟踪，获取有效跟踪的各个GPS卫星L1频点原始测量数据、L2频点原始测量数据以及北斗卫星B1频点原始测量数据、B3频点原始测量数据，所述的原始测量数据包括码计数、载波计数、多普勒和原始电文，其中码计数和载波计数通过同步采样时钟获得；测量数据预处理模块：针对中频数字信号处理电路传来的GPS卫星L1频点原始测量数据、L2频点原始测量数据以及北斗卫星B1频点原始测量数据、B3频点原始测量数据分别进行相同的操作，包括通过码计数累加得到卫星的观测时间，结合载波计数修正后计算得到原始伪距，通过多普勒与载波计数修正计算得到伪距率，通过对GPS原始电文进行奇偶校验解码得到GPS解调电文，通过对北斗原始电文进行BCH解码得到北斗解调电文；从组合滤波模块获取原始伪距修正量和伪距率修正量，利用原始伪距修正量对原始伪距进行修正并送至导航定位模块，利用伪距率修正量对伪距率进行修正并送至导航定位模块；导航定位模块：根据修正后的GPS卫星及北斗卫星的原始伪距，分别进行卫星钟差修正、电离层误差修正、电离层差分修正、对流层误差修正、地球自转误差修正，得到最终可用于定位的修正伪距；同时，通过解析电文解算GPS卫星L1频点与L2频点以及北斗卫星B1频点与B3频点的各个卫星参数，所述的卫星参数包括位置、速度、钟差；利用修正伪距、卫星参数、伪距率解算出导航数据、观测数据和1PPS后向外部输出；组合滤波模块：使用卡尔曼滤波算法对导航定位模块输出的导航信息进行组合导航滤波，过滤导航信息中的异常值，结合导航接收机的速度、加速度以及滤波处理后的导航信息，计算出原始伪距修正量和伪距率修正量并反馈至测量数据预处理模块。...

【技术特征摘要】
1.一种星载双模四频GNSS导航接收机，其特征在于：包括射频信号处
理电路、L1窄带带通滤波器、L2窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3
窄带带通滤波器、下变频及模数转换采样电路、晶振、中频数字信号处理电路、
测量数据预处理模块、组合滤波模块、导航定位模块，其中：
射频信号处理电路：接收外部输入的同时含有GPS卫星L1频点、L2频点
及北斗卫星B1频点、B3频点的混合射频信号，对混合射频信号进行放大并进
行带通滤波后通过功分器分为两路，一路为含有GPS卫星L1频点、L2频点的
射频信号，一路为含有北斗卫星B1频点、B3频点的射频信号；对两路信号分
别再经过放大滤波后通过功分器最终得到四路信号，分别为L1射频信号、L2
射频信号、B1射频信号、B3射频信号并同时输出至L1窄带带通滤波器、L2
窄带带通滤波器、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器；
L1窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以L1频点为中心的带通滤波，
得到L1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；
L2窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以L2频点为中心的带通滤波，
得到L2频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；
B1窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以B1频点为中心的带通滤波，
得到B1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；
B3窄带带通滤波器：对接收到的信号进行以B3频点为中心的带通滤波，
得到B3频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；
晶振：产生基准频率信号并送至下变频及模数转换采样电路；
下变频及模数转换采样电路：对L1频点、L2频点、B1频点、B3频点的
四个高频信号分别进行下变频，并根据晶振提供的基准频率信号构建同步采样
时钟，利用所述同步采样时钟对下变频后的四种信号进行同步采样，分别得到
L1频点、L2频点、B1频点、B3频点各自的中频数字信号，并将四个频点的
中频数字信号以及同步采样时钟送至中频数字信号处理电路；
中频数字信号处理电路：对L1频点、L2频点、B1频点、B3频点各自的
中频数字信号分别进行捕获跟踪，获取有效跟踪的各个GPS卫星L1频点原始
测量数据、L2频点原始测量数据以及北斗卫星B1频点原始测量数据、B3频点
原始测量数据，所述的原始测量数据包括码计数、载波计数、多普勒和原始电
文，其中码计数和载波计数通过同步采样时钟获得；
测量数据预处理模块：针...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩逸飞，赵元富，陈雷，李文杰，刘薇，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11