[发明专利]一种北斗终端信号接收与处理的装置及方法

权利要求书

1.一种北斗终端信号接收与处理的装置，其特征在于，包括：依次相连的天线单元、射频单元、基带信号处理单元、信息处理单元、电源单元以及显控单元；

天线单元包括B1、B3频点的天线和低噪声放大器，用于完成射频信号的接收和放大；

射频单元将B1、B3频点的射频输入信号下变频至中频输出；

基带信号处理单元实现对B1、B3频点卫星信号和地基伪卫星信号的捕获、跟踪以及数据通道信息解调的功能；

信息处理单元实现装置的控制、PVT解算和导航信息的输出；

电源单元为整个装置提供电源，显控单元实现人机交互和接收机控制；

所述射频单元由射频混频器、中频可变增益放大器、中频混频器、中频滤波器、自动增益控制电路、两个独立的频率合成器构成；

所述射频单元输出能驱动50欧姆负载的模拟中频信号和供基带信号处理单元使用的62MHz低相噪时钟信号；

所述射频单元包括AD转换器，在62MHz钟的采样频率下工作，生成8位的数字中频信号传给基带信号处理单元；

所述装置同时接收伪卫星信号和实际卫星信号；

原始电文经过译码后，进行伪卫星和卫星电文译码；导航参数管理模块对提取出来的导航参数进行更新操作；当观测量中断到来时，观测量处理模块提取观测量锁存寄存器中的载波相位、码相位和多普勒观测量信息，并将其做适当处理，然后将其送至定位测速授时解算模块；定位测速授时解算模块首先进行预处理，将故障卫星和异常观测量剔除，调用导航参数管理模块接口函数提取有效卫星的相关星历参数，进行定位测速授时解算，并将定位和测速结果通过串口输出用于导航；将结算得到的本地钟差传给授时模块；授时模块据此修正本地钟，使得本地逼近系统钟，从而达到授时的效果；用户机稳定授时后，还需要每隔一段时间比较RTC时间和本地时间的差异，如果差异超过设定门限，需要用本地时间修正RTC时间；当卫星星历、钟差、历书更新时，调用FLASH文件系统接口模块更新FLASH中的相关参数以便在下次启动时提供相应的星历参数；伪卫星信息处理模块用于处理伪卫星的电文信息，获取从伪卫星获得的时间和概略位置信息，并将信息传入导航解算单元。

2.一种北斗终端信号接收与处理的方法，其特征在于，包括：

步骤1、接收机采用基于存储的基带实现捕获方式，分别对伪卫星和卫星进行捕获；

步骤2、接收机同时接收伪卫星信号和实际卫星信号进行伪卫星和卫星电文译码；

步骤3、对提取出来的导航参数进行更新操作；

步骤4、提取载波相位、码相位和多普勒的观测量信息，进行定位测速授时的解算；

步骤5、将定位和测速结果通过串口输出用于导航；将解算得到的本地钟差传给授时模块，授时模块据此修正本地钟，使得本地逼近系统钟，从而达到授时的效果；

所述步骤1中捕获方式包括：先用接收机自存数据分别对伪卫星的PN码进行相关，找到最强伪卫星信号并跟踪，在下次捕获搜索时，通过对跟踪信号在捕获相关器中进行门控制，对跟踪信号存在的时隙进行消隐处理，从而捕获次强信号，以此类推，在捕获多颗伪卫星信号后，根据跟踪信息对其他信号捕获进行消隐处理，从而在时间上避免强信号对其他信号的远近效应的干扰，最后完成所有的伪卫星信号跟踪后，捕获卫星信号时对所有伪卫星信号时隙进行消隐，进而消除伪卫星信号对实际卫星信号远近效应的影响；

所述步骤3中定位测速授时的解算包括：将故障卫星和异常观测量剔除，调用导航参数管理模块接口函数提取有效卫星的相关星历参数；

所述步骤4中的授时模块每隔一段时间比较实时时钟时间和本地时间的差异，如果差异超过设定门限，则用本地时间修正实时时钟时间；当卫星星历、钟差、历书更新时，调用FLASH文件系统接口模块更新FLASH中的相关参数以便在下次启动时提供相应的星历参数；

所述步骤3中定位测速授时的解算包括用户位置的计算：地面监测网络解算出偏移分量的矫正量，并将校正量发送至伪卫星和卫星，再由伪卫星和卫星在导航电文中广播至用户，对于伪卫星信号来说不存在电离层和对流层延迟误差，则第i颗卫星到接收终端的伪距方程写成：

pi=[xi-xu]2+[yi-yu]2+[zi-zu]2+Ctu]]>

式中，x_i、y_i、z_i分别为某时刻第i颗卫星的三维坐标(x_i,y_i,z_i)的坐标值，其中伪卫星坐标固定不随时间变化，x_u、y_u、z_u为接收终端的三维坐标(x_u,y_u,z_u)的坐标值，C为光速，t_u为信号延迟误差，使用最小二乘法计算用户位置：

Δpi=p^i-piaxi=xi-x^ur^iayi=yi-y^ur^iayz=zi-z^ur^i]]>

其中，Δp_i为第i颗卫星到接收终端的伪距的变量，为下一时刻第i颗卫星到接收终端的伪距，p_i为第i颗卫星到接收终端的伪距，x_i、y_i、z_i为第i颗卫星位置信息的三维坐标值，a_xi、a_yi、a_zi为用户位置与第i颗卫星观测矢量上的余弦，为用户位置信息的三维坐标值，为用户和卫星间距离的近似值；

当有3颗北斗导航卫星与2颗伪卫星，在得到未知量以后通过迭代的方法，得到用户精度要求的位置坐标；方程如下：

Δp＝HΔx

Δp=ΔpBD1ΔpBD2ΔpBD3Δpw1Δpw2H=ax1ay1az110ax2ay2az210ax3ay3az310ax4ay4az401ax5ay5az501Δx=ΔxuΔyuΔzu-CΔtBD-CΔtw]]>

得出方程解为Δx＝H^-1Δp，即：Δx＝(H^TH)^-1H^TΔp；

同理得出通解，当观测星数量大于4时，方程的最小二乘解为：进而解得用户位置；

其中，Δp为常数项矢量，H为未知参数系数矩阵，Δx为未知参数矢量，Δp_BD1、Δp_BD2、Δp_BD3和Δp_w1、Δp_w2分别为三颗北斗卫星与两颗伪卫星的伪距，a_x1～a_x5、a_y1～a_y5、a_z1～a_z5分别是三颗北斗卫星和两颗伪卫星所对应的三维坐标，Δx_u、Δy_u、Δz_u为用户所在位置三维坐标，Δt_BD为北斗系统钟差，Δt_w为伪卫星系统钟差，H_n*4为观测星数量大于4时的未知参数系数矩阵，Δp_n*1为观测星数量大于4时的常数项矢量，n为观测星数；

定位数据处理方法包括：首先由基带信号处理产生原始观测数据，读出原始数据后进行载波相位平滑伪距计算；判断是否为北斗卫星，若是则依次进行北斗卫星位置计算、卫星选择、卫星钟差计算、对流层误差计算、地球自转误差计算、单频或差分格网或双频电离层误差计算、等效钟差差分计算、伪距修正；若判断为伪卫星，则进行伪卫星选星、卫星钟差分计算、伪距修正；然后进行最小二乘或EKF计算，然后进行RAIM计算，最后将导航信息输出。