一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，以射频芯片、DSP和FPGA为主的硬件平台，包括：射频处理单元、抗干扰处理单元、基带信息处理单元、导航信息处理单元、电源单元；射频单元将天线端输入的BD射频信号和GPS射频信号放大、变频、滤波转换为模拟中频信号，BD中频信号经过A/D采样量化后进入抗干扰处理单元，GPS中频信号进入基带信息处理单元；抗干扰处理单元，对信号进行抗干扰处理，去除干扰信号，保留有用的卫星导航信号，将保留的卫星信号送至基带信息处理单元；基带信息处理单元，对BD中频信号和GPS中频信号分别进行处理，进行解调与解扩运算等；本发明专利技术充分利用成熟的硬件电路和软件模块，减少系统开发周期，使开发风险大大降低。

An anti-jamming BDS / GPS receiver based on array antenna

【技术实现步骤摘要】
一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机
本专利技术涉及抗干扰定位导航授时
，特别是一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机。
技术介绍
社会的进步与发展，人们对卫星导航的需求愈加的强烈。随着卫星导航系统完善，其全天候、全方位提供高精度的定位和导航服务等优点，使其广泛应用于军用和民用的各个领域。对于当今时代而言，卫星导航系统技术已经不再仅仅能够展现出一个国家的综合实力，而且对国家的经济、政治以及安全的发展均起到了一个促进作用。目前，我国的北斗导航系统发展的也相当迅速，并计划于2020年前后，完成25颗卫星的发射，并进行空间组网，建成北斗全球系统，为全球用户提供稳定可靠的定位、导航和授时服务。然而，卫星信号存在固有的缺陷，其易损性和脆弱性导致卫星系统很容易受到环境中各种干扰的影响，使通信结果异常。国内外都非常重视对卫星导航技术的研究，针对各类干扰产生了很多不同类型的抗干扰技术以提高卫星导航系统的抗干扰性能。按照干扰来源分类可以分成环境干扰和人为干扰这两大类干扰。环境干扰影响比较小，容易被滤除，而人为干扰是导航接收机受到的主要威胁，其中压制式干扰和欺骗式干扰是导航接收机重点研究的干扰。为了解决干扰对卫星导航系统的影响，国内外也展开了相关技术研究，经历了从传统时频滤波技术向阵列信号处理技术、组合导航、辅助导航以及网络协作导航等多种技术发展的过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，为多阵列抗干扰算法提供良好的验证平台。实现本专利技术的技术解决方案为：一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，该硬件平台基于射频芯片、DSP和FPGA硬件平台，包括射频处理单元、抗干扰处理单元、基带信息处理单元、导航信息处理单元、电源单元，其中：射频单元，将天线端输入的BD射频信号(包含卫星信号信号和干扰信号)和GPS射频信号放大、变频、滤波转换为模拟中频信号，BD中频信号经过A/D采样量化后进入抗干扰处理单元，GPS中频信号进入基带信息处理单元；射频单元包含BD抗干扰变频通道、GPS变频通道以及频率综合器；抗干扰通道采用插损较小的介质滤波器，以及噪声系数较低的低噪声放大器，确保前级增益和噪声系数最优，通过后级影响叠加，最终可以得到合适的变频通道噪声系数；通过三阶交调分量抑制公式实现三阶交调分量抑制；在射频输入端采用了一个低插入损耗的介质滤波器，在低噪放后，又采用了一个声表滤波器，这两级滤波器共同完成对带外信号的抑制和对镜频频率的抑制；采用本振隔离、空间辐射、电源隔离三种方法实现通道隔离。抗干扰处理单元，对信号进行抗干扰处理，去除干扰信号，保留有用的卫星导航信号，将保留的卫星导航单元送至基带信息处理单元；用FIR带通滤波器来实现去直流分量处理，既保留了导航信号的完整性，同时抑制了直流分量；利用FIR滤波器实现希尔伯特变换产生Q路信号。基带信息处理单元，对BD中频信号和GPS中频信号分别进行处理，进行解调与解扩运算等；采用基于“PMF+FFT”(匹配滤波器+快速傅里叶变换)的伪码和载波二维快速捕获方法实现对伪码的捕获和多普勒的计算。导航信息处理单元，经过该单元处理后输出载体的位置、速度、时间、伪距等信息，并通过串口输出至外部设备；导航信息处理单元由初始化、自检及看门狗、捕获卫星、导航电文处理、通道信息处理、卫星星历处理、定位测速解算、串口输入输出、存取先验信息和程序在线升级十个软件模块组成。电源单元，电源设计采取保护措施，将输入的+5V首先经过保护电路，保护电路将输入的电源钳制在5V，当电压过高时，保护电路输出的电压为零。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)该设计满足“通用化、系列化、组合化”的相关规定；在系统设计中，立足于现有要求，确保功能的实现、任务完成的同时，留有充分的扩展、裁减的余地(2)充分利用成熟的硬件电路，减少系统开发周期，降低开发风险(3)注重产品的实用性、小型化、低功耗设计，有利于工程化、系列化和批生产。附图说明图1是本专利技术实施例的基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机硬件总结构图。图2是本专利技术实施例的频率综合器组成原理框图。图3是本专利技术实施例的抗干扰信号处理示意图。图4是本专利技术实施例的I/Q变换的原理框图。图5是本专利技术实施例的数字AGC的原理框图。图6是本专利技术实施例的匹配滤波器+快速傅里叶变换捕获方案。图7是本专利技术实施例的导航模块嵌入式软件工作流程图。具体实施方式本专利技术基于北斗阵列天线的抗干扰BDS/GPS接收机硬件平台，在此平台上可验证阵列卫星信号处理干扰算法，实现在宽带干扰、窄带干扰、扫频干扰等恶劣的干扰环境下，仍能够准确的跟踪卫星信号，为用户提供可靠的定位导航授时信息。天线单元接收空间的BD、GPS卫星导航信号和干扰信号，经射频电缆组件进入射频单元，射频单元将输入的BD射频信号(包含卫星信号信号和干扰信号)和GPS射频信号变换至中频信号，BD中频信号经过A/D量化后送入抗干扰处理单元，GPS中频信号进入导航信号与信息处理单元，抗干扰处理单元对信号进行抗干扰处理，将外界抗干扰信号去除掉，保留有用的卫星导航信号，抗干扰单元将保留的卫星导航单元送至导航信号与信息处理单元，对BD中频信号和GPS中频信号分别进行处理，解调出卫星信息，得到伪距、载波相位、星历信息等，经过DSP处理后输出载体的位置、速度、时间等信息。结合图1，本专利技术基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，该设计包括射频处理单元、抗干扰处理单元、基带信息处理单元、导航信息处理单元、电源单元。射频单元，将天线端输入的BD射频信号(包含卫星信号信号和干扰信号)和GPS射频信号放大、变频、滤波转换为模拟中频信号，BD中频信号经过A/D采样量化后进入抗干扰处理单元，GPS中频信号进入基带信息处理单元；抗干扰处理单元，对信号进行抗干扰处理，去除干扰信号，保留有用的卫星导航信号，将保留的卫星导航单元送至基带信息处理单元；基带信息处理单元，对BD中频信号和GPS中频信号分别进行处理，进行解调与解扩运算等；导航信息处理单元，经过该单元处理后输出载体的位置、速度、时间、伪距等信息，并通过串口输出至外部设备；电源单元，电源设计采取保护措施，将输入的+5V首先经过保护电路，保护电路将输入的电源钳制在5V，当电压过高时，保护电路输出的电压为零。进一步地，所述射频前端处理模块采用4路抗干扰射频通道和1路GPS卫星信号射频通道。每个通道采用一次变频的方式，将信号进行滤波、低噪声放大、下变频处理后进行再进行中频滤波和中频放大。射频模块中，噪声系数的计算方法如下所示：因此每个通道的噪声系数主要由前级低噪放噪声系数及通道的增益分配确定。根据输出三阶交调截点与三阶交调分量抑制的关系：其中，OIP3为输出三阶交调截点，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，其特征在于，该设计基于射频芯片、DSP和FPGA硬件平台，包括射频处理单元、抗干扰处理单元、基带信息处理单元、导航信息处理单元、电源单元，其中：/n射频单元，将天线端输入的BD射频信号和GPS射频信号放大、变频、滤波转换为模拟中频信号，BD中频信号经过A/D采样量化后进入抗干扰处理单元，GPS中频信号进入基带信息处理单元；/n抗干扰处理单元，对信号进行抗干扰处理，去除干扰信号，保留有用的卫星导航信号，将保留的卫星导航单元送至基带信息处理单元；/n基带信息处理单元，对BD中频信号和GPS中频信号分别进行处理，进行解调与解扩运算等；/n导航信息处理单元，经过该单元处理后输出载体的位置、速度、时间、伪距等信息，并通过串口输出至外部设备；/n电源单元，电源设计采取保护措施，将输入的+5V首先经过保护电路，保护电路将输入的电源钳制在5V，当电压过高时，保护电路输出的电压为零。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，其特征在于，该设计基于射频芯片、DSP和FPGA硬件平台，包括射频处理单元、抗干扰处理单元、基带信息处理单元、导航信息处理单元、电源单元，其中：
射频单元，将天线端输入的BD射频信号和GPS射频信号放大、变频、滤波转换为模拟中频信号，BD中频信号经过A/D采样量化后进入抗干扰处理单元，GPS中频信号进入基带信息处理单元；
抗干扰处理单元，对信号进行抗干扰处理，去除干扰信号，保留有用的卫星导航信号，将保留的卫星导航单元送至基带信息处理单元；
基带信息处理单元，对BD中频信号和GPS中频信号分别进行处理，进行解调与解扩运算等；
导航信息处理单元，经过该单元处理后输出载体的位置、速度、时间、伪距等信息，并通过串口输出至外部设备；
电源单元，电源设计采取保护措施，将输入的+5V首先经过保护电路，保护电路将输入的电源钳制在5V，当电压过高时，保护电路输出的电压为零。


2.根据权利要求1所述的一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，其特征在于，所述射频通道单元抗干扰下变频通道采用一次变频方案，信号经过射频滤波、低噪声放大、下变频处理后进行中频滤波和中频放大。


3.根据权利要求2所述的一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，其特征在于，对于抗干扰场合应用的变频通道，在保证高线性度、高三阶交调、低噪声系数的同时，简化设计，降低产品的功耗；BD抗干扰变频通道主要对4路抗干扰BD导航射频信号同时进行下变频，单通道间进行隔离，且通道间保证幅度和相位的一致性。


4.根据权利要求1所述的一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，其特征在于，所述基带信号数字处理模块主要由捕获器、伪码产生器和通用卫星跟踪通道三个软件模块组成，负责卫星信号的捕获、本地载波的产生、载波信号的剥离、本地伪随机码的产生、伪随机码的剥离，完成卫星信号的多通道并行处理。


5.根据权利要求1所述的一种基于阵列天线抗干扰BDS/GPS接收机，其特征在于，所述导航信息处理软件运行在一片高速数字信号处理芯片上，由初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙昭行，许东欢，何浩，林益锋，臧中原，毋蒙，董亮，赖思维，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31