[发明专利]一种微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别是一种微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法。

背景技术

随着空间技术的不断发展，星载接收机已经逐渐发展成为航天器的一个重要平台载荷，它可以为航天器提供全球、全天候、实时、高动态、高精度的导航信息，并提高航天器运行的自主性。一台可用于微钠卫星低成本微型星载GNSS接收机，能够测定微钠卫星的航迹、速度、姿态、时间参数及编队飞行的微钠卫星间的相对距离。目前国内市场上GPS接收机的使用高度和速度有限制，国外航天GPS存在禁运问题,不能满足航天应用。由于宇宙中的恶劣环境并且卫星的动态性很强，使得GNSS接收机在太空中的应用于地面和航空等的应用不一样，因此在设计星载GNSS接收机要考虑很多特点。

卫星的微型化、低成本、研制周期短、重量轻、体积小成为一种发展趋势，适用于微钠卫星的微型化、低成本、体积小、功耗低的GNSS接收机目前国内市场上比较稀缺。且卫星在发射和升空阶段要经历很高的动态，加速度会超过10g，卫星在轨运行时速度将超过7km/s，现有GNSS接收机未充分考虑高动态对GNSS信号的捕获和跟踪的影响，且存在结构复杂、兼容性差、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够为低轨卫星提供高精度导航定位以及精确授时的基于DSP+FPGA微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微型星载高动态GNSS接收机，该接收机基于DSP+FPGA，包括有源天线、射频前端处理模块、基带信号数字处理模块、定位解算模块和上位机监控界面，其中：

有源天线，将接收到的GNSS电磁波信号转变为电流信号，经带通滤波器进入射频前端处理模块；

射频前端处理模块，对接收到的信号进行放大、变频、滤波和模数转换，最终得到数字中频信号；

基带信号数字处理模块，对数字中频信号进行捕获、跟踪、位同步和帧同步处理，得到导航测量值和导航电文；

定位解算模块，利用导航测量值和导航电文进行定位解算，最终得到用户的卫星信息，获取定位观测值；

上位机监控界面，用来实时显示定位观测值，收星数，PDOP值的信息。

一种微型星载高动态GNSS接收机的导航方法，包括以下步骤：

步骤1，有源天线将接收到的GNSS电磁波信号转变为电流信号，经带通滤波器进入射频前端处理模块；

步骤2，射频前端处理模块对接收到的信号进行放大、变频、滤波和模数转换，最终得到数字中频信号；

步骤3，基带信号数字处理模块对数字中频信号进行捕获、跟踪、位同步和帧同步处理，得到导航测量值和导航电文；

步骤4，定位解算模块利用导航测量值和导航电文进行定位解算，最终得到用户的卫星信息，获取定位观测值；

步骤5，上位机监控界面，用来实时显示定位观测值，收星数，PDOP值的信息。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)为通用型GNSS接收机，可以兼容GPS信号与北斗信号，兼容性好；(2)采用DSP+FPGA结构设计，运算速度快、成本低、体积小、重量轻，并且能很方便的对算法进行改进和更新，适合工程上使用；(3)采用合适的器件，在体积、功耗、性能之间取得最佳平衡，搭建符合实际应用要求的样机，适合微纳卫星上使用；(4)FPGA的每个通道同时运行，能够保证GNSS接收机运行的实时性，改进传统捕获方法，提高接收机首次定位时间。

附图说明

图1是本发明微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法的信号处理流程图。

图2是本发明微型星载高动态GNSS接收机的系统硬件结构图。

图3是本发明微型星载高动态GNSS接收机MAX2769配置模块结构框图。

图4是本发明微型星载高动态GNSS接收机的射频前端处理模块的结构图。

图5是本发明微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法的捕获电路框图。

图6是本发明微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法的跟踪环路框图。

图7是本发明微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法的二阶环路数字滤波器方框图。

图8是本发明微型星载高动态GNSS接收机及其导航方法的由二阶锁频环辅助的三阶锁相环的滤波器方框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。