一種北鬥一號衛星單向授時系統的製作方法
2023-06-06 23:31:31
專利名稱：一種北鬥一號衛星單向授時系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種北鬥一號衛星單向授時系統。
背景技術：
「北鬥一號」衛星導航系統是我國自行研製和建立的ー種區域衛星導航定位通信系統，又稱「雙星定位」系統或「北鬥一號」系統，該系統採用同步軌道衛星進行導航定位，具有很強的授時能量，授時服務範圍包括我國國土和東南亞地區，隨著2003年5月25日「北鬥一號」系統的第3顆衛星成功發射升空，「北鬥一號」系統開始全面為各種用戶提供穩定和可靠的定位、通信和授時應用，下面從以下幾個方面描述常用的北鬥一號衛星授時系統(I)目前，常用的衛星位置精確推算方法是根據衛星整分鐘時刻的位置和衛星 的速度來推算一分鐘之內的衛星位置坐標，這樣預測的衛星的軌跡是直線，會產生較大的誤差，從而較低授時精度；(2)導航電文是衛星信號中用於PVT運算的數據，目前，常用的導航電文提取方法是提取整個導航電文存儲下來，等待下一分鐘統ー用於授時計算，這樣等待時間較長，且CPU的空閒時間就沒有很好利用起來，從而使定位和授時的解算時間較長，降低使用性能；(3)目前，常用的授時系統是採用固定順序選星法，比如在ー個地區，A星信號一直很好，B星較差卻能在信號能量捕獲到的範圍內，但是系統設置的是B星為授時首選衛星，正常情況下，系統一直使用B星授時，一旦B星出現故障或者波束出現異常就切換到A星授吋，這樣不但授時精度有影響且來回切換會引起秒脈衝較大的跳動，降低了授時的精度和穩定性；(4)授時需要知道用戶的精確位置才能計算時間的修正值，所以用戶必須在系統啟動時通過協議或者通信控制軟體輸入自己位置，然而如果授時機出現故障重新啟動後，授時機就需要自己先定位才能精確的授時，如果出現在一分鐘之內的星曆是當前授時可用的數據也應該可以馬上授時，但是沒有用戶位置信息就只能等到一分鐘定位後才能啟動授吋，且如果重啟後衛星收不齊3個波束時，就一直不能授時或授時錯誤，從而大大降低了授時性能；(5)根據衛星定位的原理我們可以知道，需要至少4顆星才能準確定位，北鬥一號系統只有3顆衛星，所以三星無源定位的原理就是要實時的輸入當前用戶的海抜高度才能準確定位，然而我們如果要動態的授時就必須實時的更新我們位置信息，如果採用手動輸入的方法，用戶的使用便利性大大降低，且我們難以及時準確更新當前海抜位置，直接影響到授時的效果。
實用新型內容本實用新型的目的即在於克服現有技術的不足，提供ー種提高授時性能和授時穩定性，縮短定位和授時時間，提高動態授時精度，便於用戶操作和使用的北鬥一號衛星單向授時系統。[0009]本實用新型的目的通過以下技術方案來實現一種北鬥一號衛星單向授時系統，它包括授時天線、射頻單元、A/D模數轉換器、數位訊號處理單元和海抜高度計，數位訊號處理單元包括互連的數位訊號處理前端和數位訊號處理後端，授時天線通過射頻單元、A/D模數轉換器與數位訊號處理前端相連，數位訊號處理後端的輸入端與海抜高度計的輸出端相連。它還包括電源管理模塊，電源管理模塊為北鬥一號衛星單向授時系統提供工作電源；所述的授時天線包括依次連接併集成在一個基片上的天線貼片、放大器、濾波器、低噪聲放大器；所述的射頻單元包括依次連接的射頻帶通濾波器、射頻低噪聲放大器、高穩晶振、自動增益控制器。所述的數位訊號處理前端包括信號預處理模塊、捕獲單元模塊、跟蹤単元模塊、數據產生模塊、控制単元模塊、時間標誌模塊、晶振馴服模塊、IPPS生成模塊、自檢報警模塊，信號預處理模塊通過捕獲単元模塊與跟蹤單元模塊的輸入端相連，跟蹤單元模塊的輸出端分別與數據產生模塊的輸入端、控制單元模塊的輸入端相連，控制單元模塊的輸出端分別與時間標誌模塊的輸入端、IPPS生成模塊的輸入端相連，IPPS生成模塊的輸入端還與晶振 馴服模塊的輸出端相連，晶振馴服模塊的輸入端、數據產生模塊的輸出端、時間標誌模塊的輸出端與數位訊號處理後端相連；所述的數位訊號處理後端包括導航電文分段提取模塊、定位解算模塊、FLASH存儲模塊、單星/多星授時選擇模塊、授時時間修正模塊、串ロ I和串ロ 2，導航電文分段提取模塊的輸入端與數據產生模塊的輸出端相連，導航電文分段提取模塊的輸出端通過定位解算模塊、FLASH存儲模塊與授時時間修正模塊的輸入端相連，單星/多星授時選擇模塊的輸入端與時間標誌模塊的輸出端相連，單星/多星授時選擇模塊的輸出端與授時時間修正模塊的輸入端相連，授時時間修正模塊的輸出端與晶振馴服模塊的輸入端相連，海抜高度計通過串ロ 2與定位解算模塊的輸入端相連，定位解算模塊的輸出端與串ロ I相連。本實用新型的有益效果是(I)本實用新型提供一種北鬥一號衛星單向授時系統，採用最小ニ乘擬合算法，用衛星坐標表示時間的函數，用一分鐘的離散時刻衛星位置建立某段時間內的經驗公式，選擇合適的有效樣點數進行擬合運算，計算擬合時間段內任何時間的衛星位置，提高授時精度；(2)本實用新型提供一種北鬥一號衛星單向授時系統，採用分段提取導航電文，及時利用接收的數據運算，具有縮短定位和授時的解算時間，提高性能等優點；(3)本實用新型提供一種北鬥一號衛星單向授時系統，採用能量和CRC優先選星法，系統啟動時自動檢測和統計能量最大和CRC錯誤最少衛星的ー個波束，在中國大陸任何地區，波束選取後不變，具有避免選擇衛星的時候來回切換的問題，提高授時精度和穩定性等優點；(4)本實用新型提供一種北鬥一號衛星單向授時系統，採用FLASH存儲模塊存儲定位結果，只要用戶啟動靜態授時模式時，系統就把定位統計好的優化後準確的用戶坐標數據存入FLASH，等待系統重啟後，可以最快時間授時，且也可以在不能及時收齊星曆定位的情況下，只需要有六個波束的其中一個波束正常就可以精確授時，提高授時性能；(5)本實用新型提供一種北鬥一號衛星單向授時系統，在接收機系統上單獨設計ー個串ロ，接入高度計的測量數據，採用中斷的方式更新用戶當前的海抜高度，結合北鬥3顆衛星的信息，動態定位用戶位置，然後準確授時，具有提高了動態授時的精度，便於用戶的操作和使用等優點。
圖I為本實用新型的結構框圖；圖2為授時天線的結構框圖；圖3為射頻單元的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進ー步的描述，但本實用新型的保護範圍不局限於以下所述。如圖I、圖2、圖3所示，一種北鬥一號衛星單向授時系統，它包括授時天線、射頻單元、A/D模數轉換器、數位訊號處理單元和海抜高度計，數位訊號處理單元包括互連的數位訊號處理前端和數位訊號處理後端，授時天線通過射頻單元、A/D模數轉換器與數位訊號處理前端相連，數位訊號處理後端的輸入端與海抜高度計的輸出端相連。它還包括電源管理模塊，電源管理模塊為北鬥一號衛星單向授時系統提供工作電源；所述的授時天線專門用於北鬥一號衛星授時的天線，授時天線包括依次連接併集成在一個基片上的天線貼片、放大器、濾波器、低噪聲放大器，採用兩級放大方式的天線放大器，結構上具有剖面低，體積小、重量輕等特點，性能上具有工作頻帶寬，接收信號範圍小，接收抗幹擾性好，高増益，高靈敏度等特點；所述的射頻單元包括依次連接的射頻帶通濾波器、射頻低噪聲放大器、高穩晶振、自動增益控制器；所述的數位訊號處理前端包括信號預處理模塊、捕獲單元模塊、跟蹤単元模塊、數據產生模塊、控制単元模塊、時間標誌模塊、晶振馴服模塊、IPPS生成模塊、自檢報警模塊，信號預處理模塊通過捕獲単元模塊與跟蹤單元模塊的輸入端相連，跟蹤單元模塊的輸出端分別與數據產生模塊的輸入端、控制單元模塊的輸入端相連，控制單元模塊的輸出端分別與時間標誌模塊的輸入端、IPPS生成模塊的輸入端相連，IPPS生成模塊的輸入端還與晶振馴服模塊的輸出端相連，晶振馴服模塊的輸入端、數據產生模塊的輸出端、時間標誌模塊的輸出端與數位訊號處理後端相連；所述的數位訊號處理後端包括導航電文分段提取模塊、定位解算模塊、FLASH存儲模塊、單星/多星授時選擇模塊、授時時間修正模塊、串ロ I和串ロ 2，導航電文分段提取模塊的輸入端與數據產生模塊的輸出端相連，導航電文分段提取模塊的輸出端通過定位解算模塊、FLASH存儲模塊與授時時間修正模塊的輸入端相連，單星/多星授時選擇模塊的輸入端與時間標誌模塊的輸出端相連，單星/多星授時選擇模塊的輸出端與授時時間修正模塊的輸入端相連，授時時間修正模塊的輸出端與晶振馴服模塊的輸入端相連，海抜高度計通過串ロ 2與定位解算模塊的輸入端相連，定位解算模塊的輸出端與串ロ I相連。本實用新型的工作過程授時天線實時接收來自北鬥一號衛星發射的信號，對接收到信號進行放大、濾波等預處理；射頻單元接收授時天線預處理後的信號，並對信號進行下變頻和信號增益控制，採用一次下變頻技術和自動增益控制技木，將射頻信號從2. 4GHz 一次下變頻到12MHz，同時內部高穩晶振產生穩定的50MHz時鐘；A/D模數轉換器將射頻單元發送的12MHz的中頻信號經過濾波、採樣、量化成數位訊號，並送入數位訊號處理前端；數位訊號通過信號預處理模塊進行一定的數位訊號預處理，預處理後的信號通過捕獲單元模塊、跟蹤単元模塊、數據產生単元模塊產生需要數位訊號處理後端處理的導航 電文數據和相關時間控制的中斷，數位訊號處理後端接收到這些信號，數位訊號處理後端根據需要處理數據的優先級來調度不同的程序模塊執行任務，首先通過導航電文分段提取模塊分段提取導航電文，等待不同段的導航電文執行不同的任務計算，得到首段的導航電文，結合串ロ 2送入的海抜高度計採集到的信息在定位解算模塊內進行定位解算，並將解算結果存入FLASH存儲模塊，定位解算結果通過串ロ I發出，同時授時的任務也在進行，只要已得到授時所需的用戶位置信息，就可以馬上進行單星/多星授時選擇和授時時間修正，並將得到的修正值送入數位訊號處理前端的晶振馴服模塊和秒脈衝IPPS產生模塊，如果自檢報警模塊檢測到天線拔出或者電路短路等情況，自檢報警模塊自動點亮報警燈和蜂鳴器。
權利要求1.一種北鬥一號衛星單向授時系統，其特徵在於它包括授時天線、射頻單元、A/D模數轉換器、數位訊號處理單元和海抜高度計，數位訊號處理單元包括互連的數位訊號處理前端和數位訊號處理後端，授時天線通過射頻單元、A/D模數轉換器與數位訊號處理前端相連，數位訊號處理後端的輸入端與海抜高度計的輸出端相連。
2.根據權利要求I所述的ー種北鬥一號衛星單向授時系統，其特徵在於所述的授時天線包括依次連接併集成在一個基片上的天線貼片、放大器、濾波器、低噪聲放大器。
3.根據權利要求I所述的ー種北鬥一號衛星單向授時系統，其特徵在於所述的射頻単元包括依次連接的射頻帶通濾波器、射頻低噪聲放大器、高穩晶振、自動增益控制器。
4.根據權利要求I所述的ー種北鬥一號衛星單向授時系統，其特徵在於它還包括電源管理模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種北鬥一號衛星單向授時系統，它包括授時天線、射頻單元、A/D模數轉換器、數位訊號處理單元和海拔高度計，數位訊號處理單元包括互連的數位訊號處理前端和數位訊號處理後端，授時天線通過射頻單元、A/D模數轉換器與數位訊號處理前端相連，數位訊號處理後端的輸入端與海拔高度計的輸出端相連。本實用新型提供一種北鬥一號衛星單向授時系統，採用FLASH存儲模塊存儲定位結果，在不能及時收齊星曆定位的情況下，只需六個波束的其中一個波束正常就可以精確授時，採用海拔高度計，結合北鬥3顆衛星的信息，動態定位用戶位置，具有提高授時性能和授時穩定性，縮短定位和授時時間，提高動態授時精度，便於用戶使用等優點。
文檔編號G04G7/02GK202394056SQ20112039941
公開日2012年8月22日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者劉宇波, 曹海濤, 趙洲 申請人:成都金本華科技有限公司