一种ＧＰＳ　Ｌ１信号中频数据采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公布了一种ＧＰＳ?Ｌ１信号中频数据采集系统及方法，其特征在于包括第一、第二天线，前端模块电路，ＵＳＢ接口控制器芯片和上位机。本发明专利技术方法首先通过天线接收ＧＰＳ?Ｌ１载波信号，将信号输入到前端模块，模块能够完成对信号的低噪声放大，带通滤波，下变频并Ａ／Ｄ模数转换，得到数字量化的４．０９２Ｍ中频卫星信号，最后通过支持高速数据传输模式的通用串行总线ＵＳＢ控制器将数据传输到上位机中的一种系统，可以对采样得到的中频信号进行高速实时的传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GPS Ll信号中频数据采集系统及方法，特别适用基于GPS Ll单频信号的软件接收机等卫星导航领域。
技术介绍
随着“全球卫星定位系统(GPS) ”面世以来，系统最初只是面向于满足美国军方部 门的需要，随着技术的发展，在大地测量、工程勘探、车载导航、紧急救生等民用领域也显示 出了广阔的应用前景，国外接收机的研究和开发已经相对成熟，而在国内，由于诸多因素的 限制，虽然对GPS的应用起步较早，但是对GPS核心技术研究进度较慢，通常都是在购买国 外企业的GPS OEM板的基础上从事应用层面的开发，迄今为止，我国还没有将GPS OEM板形 成产业化的厂家，因此，有必要进行具有自主知识产权的GPS软件接收机的研发，推动及完 善国内导航领域的发展。GPS接收机可按照功能分为三个部分射频前端、捕获与跟踪、PVT解算。射频前端 作为接收机的主要部分它的作用在于对GPS信号的接收，对接收到的微弱信号进行放大， 在频率高且相对较窄的信道带宽中采用带通滤波衰减带外干扰信号，得到所需的信号，然 后下变频，最后量化输出得到符合基带处理要求的数字中频信号，接受机的灵敏度也由前 端决定。因此射频前端是GPS软件接受机的最基础部分，并且为了基带的处理需求，需要实 时高地将量化的数据传输到上位机中进行处理。GPS软件接收机是基于软件无线电基础思想上的，传统的GPS接收机一般使用专 门的ASIC进行信号处理，在系统升级的时候需要改动硬件的结构，不仅不利于随着系统结 构应用的更新升级，更增加了系统的升级成本，因此软件接收机应运而生，软件接收机简化 了传统硬件接收机的捕获跟踪及PVT解算硬件单元，也即只有从天线至射频前端部分，这 样使得系统重新设计时能以相对较低的成本达到更新系统要求，与此同时，对信号捕获跟 踪与导航定位解算都在软件部分实现，使得系统具有极大的灵活性，可以使用不同算法调 试系统，同时便于和其他系统在不同层面的集成，对于追求GPS高性能的发展提供了可靠 的基础，如对弱信号的捕获跟踪组合导航算法的研究，信号的快速搜索等，可以在软件上灵 活的调试程序，并不需要像传统的接收机一样需要几乎改变系统的结构。并且这样的软件 接收机在可移植性上也具有极大的优势，当需要在另一种应用环境平台下工作时只需要携 带前端，然后简单的改变程序也可达到同样的导航目的。软件接收机适合于在学习、研究优 化捕获跟踪算法和各层次的组合导航领域。目前单频信号软件接收机在前端模块的构造中，信号处理主芯片的体积相对比较 大，在某些环境的应用中需要更小的体积以实现相同的功能，而本专利技术采用更小的前端处 理芯片4mmX4mm的封装。目前的接收机前端一般都采用一个有源天线，通过前端模块馈电 供给天线来工作，若采用无源天线则需要更多的分立元件来实现，加重了电路设计的负担。 而同时对于一些需要精度要求不高而功耗有特殊要求的场合，例如野外救援等应用下，接 收机功耗太大将导致无法正常使用，因此针对目前这些应用需求，本专利技术采用了低功耗的前端处理芯片，同时采用了双天线的设计，在无源天线工作时候，更显著地降低了系统的功 耗，在精度要求不高而功耗有要求的情况下，可以切换到无源天线进行相应的工作以实现 相应的需要。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是克服传统硬件接收机的不足，提出一种基于软件接收机基础上的GPS Ll单频信号的中频数据采集系统及方法，实时高速地将中频量化数据传入上位 机进行基带处理。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术一种GPS Ll信号中频数据采集系统，其特征在于包括第一、第二天线，前端 模块电路，USB接口控制器芯片和上位机，其中前端模块电路与第一、第二天线和USB接口 控制器芯片相连，USB接口控制器芯片与上位机相连接。所述的USB接口控制器芯片采用Cypress公司的EZ-USB系列芯片。所述前端模块电路使用SiGe公司的GPS前端处理芯片。一种GPS Ll信号中频数据采集方法第一、第二天线(将卫星信号转换为相应的电流信号即GPS Ll单频信号传输至前 端模块电路进行下变频及A/D变换；前端模块电路接收从第一、第二天线得到的GPS Ll单频信号，并对其进行低噪 声放大，采用带通滤波器衰减带外干扰信号，下变频以及A/D变换并输出SIGN和MAG两路 量化后的符合基带处理要求的数字中频信号到USB接口控制器芯片，并输出采样时钟CLK 信号到USB接口控制器芯片以同步数据传输到上位机；USB接口控制器芯片使用通用串行总线，工作在高速传输模式，当接收上位机读 数据命令时，实时地提交数据给上位机。上位机通过用户界面控制来自于前端模块电路的数据的读取和保存。所述第一天线为有源天线，第二天线为无源天线，前端模块电路中GPS芯片通过 其内的天线电流检测模块完成对工作天线的选择当第一天线工作时，天线电流检测模块 检测到电流大于设定的额定值，则将断开无源天线与后续混频电路的连接；当检测到电流 小于设定的额定值，则将启动无源天线工作来接收GPS信号进行处理。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术针对单一天线GPS前端模块必须使用一个带开关的同轴电缆插座或者 采用大量分立式组建感测连接外部天线，采用专门的GPS芯片可自动感测外部天线状态， 并选择进行连接工作，显著的减少了天线电路设计的工作。本专利技术采用4X4mm的GPS芯 片，并且只需较少的外围电路元件即可搭建一个完整的GPS射频前端电路，有效地降低了 成本。(2)本专利技术使用了双天线GPS芯片，工作在2. 7V-3. 6V，功耗较低，若有源天线不工 作，自动检测启动无源天线完成GPS信号的接收，可以有效应用于低功耗的工作环境。(3)基于GPS前端模块电路基础上的中频数据采集系统，组合了通用串行总线USB 进行数据传输，具有热插拔、即插即用、提供电源等优点，并支持高速传输。同时接口体积小 巧，并进一步缩小了整个采集系统的尺寸，增加了便携性，可方便连接于笔记本电脑中进行导航定位等应用。 附图说明图1本专利技术的原理框图；图2本专利技术所使用的GPS芯片内天线电流监测电路；图3本专利技术所使用的GPS芯片内下变频电路；图4本专利技术的所使用的USB接口控制器芯片内部结构图；图5本专利技术所使用的USB接口控制器芯片与EEPROM连接图；图6本专利技术的所使用的USB接口控制器芯片与前端模块电路的连接图；图7为本专利技术所用固件程序流程图；图8为本专利技术所用应用程序流程图。具体实施例方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明如图1所示，本专利技术的硬件主要由有源天线1、无源天线2、前端模块电路3、USB接 口控制器芯片4、上位机5组成。 如图2所示为天线电流检测电路，本系统可以进行天线切换，主要由天线电流检测模块Antenna Current Detect来实现，ANT_FEED通过ANT_BIAS向外部有源天线提供正 常工作所需的电压及电流。默认情况下，天线检测电路开关连通无源天线电路，使用无源天 线Passive Antenna将信号通过LNA_IN端输入芯片，经过低噪声放大器LNA(LNA_Gain即 为LNA处获得的增益)进入下一级电路。当天线电流检测电路检测到有外部电流消耗时， 将切换到有源天线Active Antenna接收GPS信号通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＧＰＳＬ１信号中频数据采集系统，其特征在于包括第一、第二天线（１、２），前端模块电路（３），ＵＳＢ接口控制器芯片（４）和上位机（５），其中前端模块电路（３）：与第一、第二天线（１、２）和ＵＳＢ接口控制器芯片（４）相连，ＵＳＢ接口控制器芯片（４）与上位机（５）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈熙源，谭全福，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]