差分定位模組的製作方法

2023-05-10 04:20:41

本實用新型涉及衛星定位領域，特別涉及一種定位系統。

背景技術：

隨著定位技術的發展和技術的革新，目前對於定位設備的控制精度要求越來越高，例如無人駕駛汽車、無人駕駛飛機、精細農業測繪設備、自動化農業耕種設備等均要求高定位精度和自動化精確測量，然後結合地圖對定位設備進行精確控制，以減少人力的依賴和輔助人員進行路線的修正。目前定位的位置信息主要依賴於GPS或者北鬥定位系統，工作時同時接收到四顆或是四顆以上的有效衛星信號(射頻信號)就可以輸出一個位置信息，但是因為衛星距離地球表面遠到兩萬多千米，如電離層等空間物質的影響，對於定位精度有很大的影響，目前市面上的定位設備只能輸出米級別的位置信息。所以需要一種差分定位模組。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種差分定位模組，通過設有修正模塊，能夠對接收到的射頻信號進行差分誤差補償修正，可以將所得到的差分定位數據限定在釐米級別；進一步地，該系統的數字模塊還連接有晶體和晶振，以提供差分誤差補償修正所需的時間信號和參數，優選地，該晶體是26M晶體，該晶振的頻率是32.768KHz。

在本實用新型中，本實用新型提供了一種差分定位模組，模組包括數據採集模塊，數據存儲模塊和串行接口；其中，數據採集模塊，與基站進行無線連接，設有：射頻模塊，用於採集和放大射頻信號；數字模塊，與射頻模塊進行無線和/或有線連接，用於接收來自射頻模塊的射頻信號；數字模塊設有修正模塊，修正模塊用於對射頻信號進行差分誤差修正補償並得到差分定位數據；數據存儲模塊，與修正模塊連接，用於存儲差分定位數據；串行接口，被連接在數據採集模塊與導航控制單元之間，用於輸送差分定位數據。

在另一優選例中，模組還包括：晶體，與數字模塊連接，用於為差分誤差補償修正提供時間參數；晶振，與晶體連接，用於為數字模塊提供時間信號。

在另一優選例中，晶體為26M晶體，晶振為32.768KHz晶振。

在另一優選例中，數字模塊還設有存儲模塊，用於儲存來自射頻模塊的射頻信號。存儲模塊選自下組RAM(隨機存取存儲器)和ROM(只讀存儲器)，或其組合。

在另一優選例中，模組還包括：射頻增強模塊，被連接在基站與數據採集模塊之間；射頻增強模塊設有相互連接的濾波器和運算放大器。在一實施例中，濾波器為帶通濾波器，帶內信號頻率為1561～1610MHz。在另一實施例中，運算放大器為低噪聲放大器。

在另一優選例中，數據採集模塊還設有電源系統。

在一優選例中，串行接口選自下組USB、UART、SPI和12C，或其組合。

在另一優選例中，模組還包括GPS導航系統，導航控制單元與GPS導航系統連接。

應理解，在本實用新型範圍內中，本實用新型的上述各技術特徵和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特徵之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限於篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1為本實用新型的第一實施方式中的差分定位模組的結構示意圖。

具體實施方式

發明人經過廣泛而深入的研究，首次開發了一種差分定位模組，包括數據採集模塊，數據存儲模塊和串行接口；對來自基站的衛星信號(射頻信號)進行差分誤差修正補償後，能夠得到釐米級(例如10cm)的差分定位數據，然後將該差分定位數據輸送到與串行接口連接的導航控制單元，用於下一步的導航定位。由於定位精度的提高，使得導航系統(例如GPS系統)所需位置信息(例如經緯度)更加精確。

術語

如本文所用，術語「晶振」指晶體振蕩器。

如本文所用，術語「晶體」指提供相應頻率的模塊工作時鐘。

如本文所用，術語「UART」指異步收發傳輸器。

如本文所用，術語「SPI」指串行外設接口。

如本文所用，術語「DDC/12C」指串行外設接口。

如本文所用，術語「PMU」指電源管理單元。

本實用新型的主要優點包括：

(a)通過在數字模塊中增設修正模塊，對來自基站的米級別的位置信息(即射頻信號)進行差分誤差修正補償，將定位精度從米級別提高為釐米級別，極大地提高了定位精度。

(b)將數據採集模塊、數據存儲模塊和串行接口集成在同一晶片上，極大地節省了佔用空間並且更具靈活性。

下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數是重量百分比和重量份數。

需要說明的是，在本專利的權利要求和說明書中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

實施例1

在本實用新型提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本實用新型的上述講授內容之後，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。

圖1是本實用新型的第一實施方式中的差分定位模組的結構示意圖。如圖所示，該定位模組主要包括數據採集模塊，數據存儲模塊和串行接口；其中，數據採集模塊，與基站進行無線連接，設有：射頻模塊，用於採集和放大射頻信號；數字模塊，與所述射頻模塊進行無線和/或有線連接，用於接收來自所述射頻模塊的射頻信號；所述數字模塊設有修正模塊，所述修正模塊用於對所述射頻信號進行差分誤差補償修正並得到差分定位數據；所述數據存儲模塊，與所述修正模塊連接，用於存儲所述差分定位數據；所述串行接口，被連接在所述數字模塊與導航控制單元之間，用於輸送所述差分定位數據。

具體地說，對於數據採集模塊，射頻模塊包括一個低噪聲放大器和與該放大器串聯的第一射頻前端和第二射頻前端。該低噪聲放大器可以對第一和第二射頻前端收到的微弱的衛星信號(射頻信號)進行放大處理，同時具有很低的噪聲係數，能夠提高信噪比。射頻模塊可以對來自基站的射頻信號進行調幅處理，同時射頻模塊還設有分數頻率合成器，可以對來自基站的射頻信號的頻率進行分頻段合成和分解。第一射頻前端和第二射頻前端並聯連接，並且被連接到數字模塊的數字濾波器，用於將射頻模塊處理後的經過調幅的射頻信號輸送給數字模塊。

所述射頻模組可以同時工作在兩種衛星系統上，如中國的北鬥衛星定位系統和美國的GPS衛星定位系統。

數字模塊還設有與數字濾波器連接的定位引擎和存儲模塊，該存儲模塊用於儲存來自所述射頻模塊的經過調幅處理的射頻信號，存儲模塊可以選自下組RAM(隨機存取存儲器)、ROM(只讀存儲器)，或其組合。數字模塊接收來自射頻模塊的射頻信號(模擬信號)並將其轉換為數位訊號，並利用修正模塊對數位訊號進行差分誤差補償修正，得到需要的經緯度等信息(差分定位數據)並保存下來。

在一優選例中，修正模塊可以是CPU，確保數字模塊能夠輸出釐米精度級別的差分定位數據。

該定位模組還包括：晶體，與所述數字模塊連接，用於為所述差分誤差補償修正提供時間參數；和晶振，與所述晶體連接，用於為所述數字模塊提供時間信號。在一優選例中，晶體為26M晶體，晶振的頻率為32.768KHz。在一優選例中，TCXO晶振電路與分數頻率合成器連接，RTC晶振電路與數字模塊中的RTC(實時時鐘)模塊連接。

數字模塊還設有PIOs(輸入/輸出)，用於不經過串行接口，直接輸出經過修正模塊誤差補償修正的差分定位數據、地理柵欄信號、脈衝信號以及接收來自寄存器的數據。

數據存儲模塊可以是內置的快閃記憶體，可以儲存修正模塊中進行差分誤差修正補償後的差分定位數據，該差分定位數據為釐米級並且包含了位置信息。該內置的快閃記憶體為該定位模組提供存儲空間，並進行數據保存。以免掉電後數據丟失。

在另一優選例中，該定位模組還包括：射頻增強模塊，被連接在所述基站與所述數據採集模塊之間；所述射頻增強模塊設有相互連接的濾波器和運算放大器，用於強化來自所述基站的射頻信號。濾波器可以是帶通濾波器，為該定位模組過濾掉帶外射頻信號，帶內信號頻率可以是1561-1610MHz，這是為了避免帶外信號幹擾，阻塞射頻通路；運算放大器可以是低噪聲放大器，能夠對第一和第二射頻前端收到的微弱的衛星信號(射頻信號)進行初級放大處理，同時具有很低的噪聲係數，可以提高信噪比以確保定位系統能更好的處理衛星信號(射頻信號)，快速，準確的計算出位置信息。

數據採集模塊還設有電源系統，用於向數據採集模塊的其他模塊(例如數字模塊和射頻模塊)提供電能，該電源系統設有一個交直流轉換器，可以同時接入主電源和備用電源；和一個電源管理器。該定位模組工作時，所需提供的電壓為2.7V～3.6V；和工作電流約為25mA。

所述電源系統將設備端(主電源或備用電源)提供的電壓轉換為模塊內工作所需電壓範圍。給模組工作進行供電。內部交直流轉換器則能夠更高效率的利用設備端電源，降低功耗。

進一步地，串行接口選自下組USB、UART、SPI和12C，或其組合。該差分星定位模組通過串行接口上報數據給導航控制單元。

進一步地，模組還包括GPS導航系統，導航控制單元與GPS導航系統連接，用於接收來自所述串行接口的差分定位數據。

使用時，可以將數據採集模塊、數據存儲模塊、串行接口和射頻增強模塊集成在一塊晶片上，用於接入GPS導航系統中的導航控制單元，例如GPS系統或北鬥定位系統，用於提供釐米級的差分定位數據。

GPS導航系統中設有地圖匹配單元，能夠將將車輛或者其它設備的差分定位數據與電子地圖進行匹配，並將匹配結果傳輸至輸出單元進行導航輸出。由於極高的定位精度，可以對設備進行高精度的控制，汽車可以很容易的區分出車道信息，自動割草機可以按照預定的地圖軌道進行運行，完成割草工作，UAV(航模無人機)可以按照3維立體建模進行編隊飛行表演。

本實用新型的優點在於：1、該定位模組能夠支持RTK差分定位數據高精度定位、以及GPS和Beidou雙系統同時定位；2、同時能夠支持72個衛星通道；而且具有較短的冷啟動時間，例如26s；3、釐米級別的定位精度可以達到10cm；4、能夠對該定位模組進行啟動配置和命令存儲；5、串行接口設有多個，例如USB,UART,DDC和SPI，可以任選其一進行連接，提高了數據的流通性；6、在工作時，該定位模組具有較小的工作電壓例如2.8V和較小的工作電流例如25mA，提高了工作的安全性。