車載北斗雙模衛星通信定位授時系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種車載北斗雙模衛星通信定位授時系統及方法,屬于北斗衛星導航領域，其中系統包括北斗一代通信子系統、北斗二代定位授時子系統、處理器、顯示設備、鍵盤、存儲器和北斗SIM卡。本發明消除了通信上行信號引起的北斗二代定位授時子系統射頻前端飽和乃至損壞以及對定位授時功能和性能的負面影響，在保障了PVT解算頻度不變的條件下，總是能夠為解算模塊提供有效的、沒有被通信發射信號干擾的觀測量。
【專利說明】車載北斗雙模衛星通信定位授時系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于北斗衛星導航領域，特別是涉及一種車載北斗雙模衛星通信定位授時系統及方法。
【背景技術】
[0002]北斗衛星導航系統是中國自行研制的全球衛星定位與通信系統(BDS)，是繼全球定位系統(GPS)和GL0NASS之后第三個成熟的衛星導航系統。北斗系統用戶終端具有雙向報文通信功能，通信方式有點對點通信方式和一對多的通播通信方式。
[0003]衛星導航系統在設計之初的主要目標是滿足開闊天空條件下廣域乃至全球范圍的定位授時，并沒有考慮在復雜電磁環境下工作，因此系統存在著一些弱點，主要包括以下幾個方面:
[0004]I)導航衛星使用高穩定的固定頻率載波傳送數據，因此在信號中心頻率附近的其它射頻信號能夠對其產生干擾。
[0005]2)接收機為了正確的導航定位需要跟蹤接收多顆衛星的信號，其天線的方向圖呈半球狀，在空域對射頻干擾的抑制能力較弱。
[0006]3)衛星導航系統下行鏈路的信號強度很弱，衛星遠離地面，導致信號到達地表附近已經非常微弱，用戶接收機靈敏度高，較低功率的射頻干擾就足以對普通接收機的衛星信號處理產生嚴重影響。
[0007]美國國防部的有關研究報告指出:“當前，衛星導航接收機處于接收模式時，即使受到距離很遠的低功率干擾器的干擾，也是很脆弱的；而受到中距離干擾器的適度干擾時，便會喪失跟蹤能力。”。災害應急指揮通信系統是一個充分利用計算機技術、通信技術和定位授時技術，具有綜合、高速信息處理和傳輸能力，為各級指揮人員提供科學的指揮、決策依據，為有關人員提供詳盡的資料，實施快速有效的指揮自動化系統。災害應急機動通信指揮車和災害信息采集車配備北斗衛星通信定位授時一體化設備，受車載環境空間限制，電磁兼容問題格外突出:北斗一代通信發射信號頻點緊鄰北斗二代導航定位用接收信號頻點，車載設備發射天線與接收天線的距離僅I到2米，發射信號嚴重干擾接收部分的工作；車內空間狹小，采用一體化設計在節約設備體積的同時引入發射與接收部分電路板級的射頻干擾問題。
【發明內容】
[0008]有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種可以同時接收北斗二代導航衛星信號實施無源定位和進行北斗一代報文收發的一體化系統。
[0009]為實現上述目的，本發明提供了一種車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，包括北斗一代通信子系統、北斗二代定位授時子系統、處理器、顯示設備、鍵盤、存儲器和北斗S頂卡；
[0010]所述北斗一代通信子系統和北斗二代定位授時子系統分別通過各自的天線與相應的衛星進行信號傳遞，所述北斗一代通信子系統的通信發射同步脈沖信號輸出端連接所述北斗二代定位授時子系統的同步脈沖信號輸入端，所述北斗一代通信子系統和北斗二代定位授時子系統均與所述處理器雙向連接；所述處理器的信號輸出端連接所述顯示設備的信號輸入端；所述鍵盤的輸出端連接所述處理器的信號輸入端；所述處理器分別與所述存儲器和北斗SIM卡連接；
[0011]所述北斗一代通信子系統包括第一射頻收發模塊、通信信號處理模塊和同步脈沖產生電路；所述第一射頻收發模塊通過射頻電纜連接衛星通信天線以進行射頻信號收發，所述第一射頻收發模塊的信號輸出端連接所述同步脈沖產生電路的第一信號輸入端，所述第一射頻收發模塊與所述通信信號處理模塊雙向連接，所述通信信號處理模塊的信號輸出端連接所述同步脈沖產生電路的第二信號輸入端，所述通信信號處理模塊與所述處理器雙向連接；
[0012]所述北斗二代定位授時子系統包括同步控制模塊、第二射頻接收模塊和導航信號處理模塊；所述第二射頻接收模塊通過射頻電纜連接衛星導航天線以進行射頻信號接收，所述第二射頻接收模塊的信號輸出端連接所述導航信號處理模塊的信號輸入端，所述導航信號處理模塊分別雙向連接所述處理器和同步控制模塊，所述同步控制模塊的信號輸入端連接所述同步脈沖產生電路的信號輸出端，所述同步控制模塊的信號輸出端連接所述第二射頻接收模塊的控制信號輸入端。
[0013]采用以上技術方案，本發明消除了通信上行信號引起的北斗二代定位授時子系統射頻前端飽和乃至損壞以及對定位授時功能和性能的負面影響，
[0014]較佳的，所述同步控制模塊由第一整形驅動電路和射頻開關控制信號產生電路組成；所述同步脈沖產生電路的信號輸出端連接所述第一整形驅動電路的信號輸入端，所述第一整形驅動電路的第一信號輸出端連接所述射頻開關控制信號產生電路的第一信號輸入端，所述第一整形驅動電路的第二信號輸出端連接所述導航信號處理模塊以輸出整形后的同步脈沖信號給導航信號處理模塊，所述導航處理模塊還與所述射頻開關控制信號產生電路的第二信號輸入端連接以輸出關斷信號使能電平給所述射頻開關控制信號產生電路；所述射頻開關控制信號產生電路的信號輸出端連接所述第二射頻接收模塊的控制信號輸入端。
[0015]較佳的，所述第二射頻接收模塊由射頻開關、濾波放大電路、變頻器和A/D轉換器組成；所述射頻開關通過射頻電纜連接射頻天線，所述射頻開關控制信號產生電路的信號輸出端連接所述射頻開關的控制信號輸入端，所述射頻開關的信號輸出端連接所述濾波放大電路的信號輸入端，所述濾波放大電路的信號輸出端連接所述變頻器的信號輸入端，所述變頻器的信號輸出端連接所述A/D轉換器的信號輸入端，所述A/D轉換器的信號輸出端連接所述導航信號處理模塊的信號輸入端。
[0016]較佳的，所述導航信號處理模塊包括基帶信息處理協調控制子模塊和基帶信號處理子模塊；所述基帶信號處理子模塊的信號輸入端連接所述A/D轉換器的信號輸出端；所述基帶信號處理子模塊包括信號捕獲單元、偽碼跟蹤單元、載波跟蹤單元、狀態鎖存電文提取單元、觀測量生成與輸出單元和PVT解算與輸出單元；
[0017]所述信號捕獲單元的第一輸出端連接所述偽碼跟蹤單元的輸入端，所述信號捕獲單元的第二輸出端連接所述載波跟蹤單元的輸入端，所述偽碼跟蹤單元與所述載波跟蹤單元雙向連接，所述偽碼跟蹤單元的輸出端連接所述狀態鎖存電文提取單元的第一輸入端，所述載波跟蹤單元的輸出端連接所述狀態鎖存電文提取單元的第二輸入端，所述狀態鎖存電文提取單元的輸出端連接所述觀測量生成與輸出單元的輸入端，所述觀測量生成與輸出單元的輸出端連接所述PVT解算與輸出單元的輸入端，
[0018]所述基帶信息處理協調控制子模塊分別輸出時鐘信號給所述狀態鎖存電文提取單兀、觀測量生成與輸出單兀和PVT解算與輸出單兀。
[0019]較佳的，所述基帶信息處理協調控制子模塊由第二整形驅動電路、第一分頻器、第二分頻器、延時電路和時鐘合成電路組成；
[0020]所述第二整形驅動電路與所述處理器連接，所述第一分頻器的輸入端和第二分頻器的輸入端均與所述第二整形驅動電路的輸出端連接，所述延時電路的輸入端和時鐘合成電路的第一輸入端均與所述第二分頻器的輸出端連接，所述時鐘合成電路的第二輸入端連接所述第一整形驅動電路的第二輸出端；所述第一分頻器輸出狀態鎖存時鐘信號給所述狀態鎖存電文提取單元，所述延時電路輸出PVT解算時鐘信號給所述PVT解算與輸出單元，所述時鐘合成電路輸出觀測量生成時鐘信號給所述觀測量生成與輸出單元。
[0021]本發明要解決的另一技術問題是提供一種實現北斗報文通信與衛星導航無源自主定位組合更加兼容的車載北斗雙模衛星通信定位授時方法。
[0022]為了解決上述問題，本發明提供了一種車載北斗雙模衛星通信定位授時方法，包括以下步驟:
[0023]步驟一、北斗一代通信子系統的第一射頻收發模塊獲取通信上行信號發射時間信息，生成與通信發射信號同步的脈沖信號；
[0024]步驟二、并發執行北斗二代導航子系統射頻電路保護流程和抗干擾PVT解算流程;
[0025]所述射頻電路保護流程為:
[0026]通過保護使能電平選通與通信發射信號同步的脈沖信號，控制射頻開關的通斷；
[0027]射頻開關接通期間，射頻接收模塊對射頻信號濾波、變頻、A/D轉換后，輸出數字中頻給北斗二代的導航信號處理模塊；
[0028]射頻開關關斷期間，射頻接收模塊不輸出包含有用信號的有效數字中頻給北斗二代的導航信號處理模塊；
[0029]所述抗干擾PVT解算流程為:
[0030]導航信號處理模塊接收同步控制脈沖，并調取導航信號處理模塊中狀態鎖存電文提取單元內的鎖存數據；
[0031]狀態鎖存電文提取單元在狀態鎖存時鐘前沿到達時提取并存儲有效跟蹤狀態供生成北斗導航接收機原始觀測量之用；
[0032]將同步控制脈沖前沿到達時狀態鎖存電文提取單元存儲的有效狀態結合導航電文生成觀測量并發送給PVT解算與輸出單元；
[0033]將PVT解算時鐘脈沖前沿到達時狀態鎖存電文提取單元存儲的有效狀態結合導航電文生成觀測量并發送給PVT解算與輸出單元；
[0034]將經過延時的PVT解算時鐘脈沖前沿到達時PVT解算與輸出單元接收到的最新版觀測量用于PVT解算，延時的長度大于生成觀測量所需時間。
[0035]系統時鐘經基帶信息處理協調控制子模塊的第二整形驅動電路到第一分頻器，產生頻率較高的狀態鎖存時鐘并將其發送到狀態鎖存電文提取單元；處理器輸出系統時鐘經所述第二整形驅動電路到第二分頻器，第二分頻器輸出頻率較低的時鐘信號，驅動延時電路得到PVT解算時鐘并將其發送到PVT解算與輸出單元；第二分頻器輸出的時鐘信號與整形后的同步脈沖合成觀測量生成時鐘并將其發送到觀測量生成與輸出單元；來自第二分頻器的時鐘脈沖和整形后同步脈沖的前沿均會觸發產生觀測量生成時鐘脈沖；
[0036]狀態鎖存電文提取單元根據接收到的狀態鎖存時鐘，讀取信號跟蹤內部狀態并鎖存；
[0037]觀測量生成與輸出單元根據接收到的觀測量生成時鐘進行觀測量生成；
[0038]PVT解算與輸出單元根據接收到的PVT解算時鐘進行PVT解算。
[0039]較佳的，所述控制射頻開關的通斷方法是:
[0040]第一步:北斗一代通信子系統的第一射頻收發模塊發射上行信號時，產生一個與上行信號發射期等寬的同步脈沖并將其發送到北斗二代定位授時子系統；
[0041]第二步:北斗二代定位授時子系統中的同步控制模塊對同步脈沖進行整形，整形后的一路輸出為所述同步控制脈沖；
[0042]另一路所述同步脈沖調整為負脈沖后，在射頻開關控制信號產生電路中經關斷信號使能電平選通，得到控制射頻開關通斷的射頻開關控制電平。
[0043]采用以上技術方案，本發明在不升高PVT解算頻度的條件下，沒有通信發射信號干擾的時候解算所需觀測量由第二分頻器輸出的時鐘觸發觀測量生成與輸出子模塊產生，存在通信發射信號干擾時，干擾作用前鎖存的狀態將被用于產生PVT解算所需的觀測量。
[0044]本發明的有益效果是:本發明消除了通信上行信號引起的北斗二代定位授時子系統射頻前端飽和乃至損壞以及對定位授時功能和性能的負面影響，在保障了 PVT解算頻度不變的條件下，總是能夠為解算模塊提供有效的、沒有被北斗一代通信發射信號干擾的觀測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0045]圖1是本發明一【具體實施方式】的電路原理示意圖。
[0046]圖2是同步控制模塊的電路原理示意圖。
[0047]圖3是第二射頻接收模塊的電路原理示意圖。
[0048]圖4是導航信號處理模塊的電路原理示意圖。
[0049]圖5是基帶信息處理協調控制子模塊的電路原理示意圖。
[0050]圖6本發明的運行步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0051]為了更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖詳細描述本發明提供的實施例:
[0052]如圖1所示，一種車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，包括北斗一代通信子系統1、北斗二代定位授時子系統2、處理器3、顯示設備4、鍵盤5、存儲器6和北斗SM卡7。
[0053]所述北斗一代通信子系統I和北斗二代定位授時子系統2分別通過各自的天線與相應的衛星進行信號傳遞，所述北斗一代通信子系統I的通信發射同步脈沖信號輸出端連接所述北斗二代定位授時子系統2的同步脈沖信號輸入端，所述北斗一代通信子系統I和北斗二代定位授時子系統2均與所述處理器3雙向連接；所述處理器3的信號輸出端連接所述顯示設備4的信號輸入端；所述鍵盤5的輸出端連接所述處理器3的信號輸入端；所述處理器3分別與所述存儲器6和北斗SM卡7連接。
[0054]所述北斗一代通信子系統I包括第一射頻收發模塊8、通信信號處理模塊9和同步脈沖產生電路10 ;所述第一射頻收發模塊8通過射頻電纜連接衛星通信天線以進行射頻信號收發，所述第一射頻收發模塊8的信號輸出端連接所述同步脈沖產生電路10的第一信號輸入端，所述第一射頻收發模塊8與所述通信信號處理模塊9雙向連接，所述通信信號處理模塊9的信號輸出端連接所述同步脈沖產生電路10的第二信號輸入端，所述通信信號處理模塊9與所述處理器3雙向連接。
[0055]所述北斗二代定位授時子系統2包括同步控制模塊11、第二射頻接收模塊12和導航信號處理模塊13 ;所述第二射頻接收模塊12通過射頻電纜連接衛星導航天線以進行射頻信號接收，所述第二射頻接收模塊12的信號輸出端連接所述導航信號處理模塊13的信號輸入端，所述導航信號處理模塊13分別雙向連接所述處理器3和同步控制模塊11，所述同步控制模塊11的信號輸入端連接所述同步脈沖產生電路10的信號輸出端，所述同步控制模塊11的信號輸出端連接所述第二射頻接收模塊12的控制信號輸入端。
[0056]處理器協調整個終端設備各部分的工作，并且承擔導航信號處理模塊的PVT解算或者通信信號處理的信源編解碼任務。導航信號處理模塊內置的基帶信號處理子模塊用于基帶處理的控制、觀測量輸出和執行簡單的最小二乘PVT計算。
[0057]顯示設備采用IXD液晶顯示器實現，其和鍵盤一起提供系統的人機操作界面，處理器還設置有RS232接口以提供與車內其它設備和系統的通信接口，北斗SM卡是北斗一代入網卡。
[0058]北斗一代通信子系統的通信信號處理模塊完成通信基帶信號處理:信道編解碼、調制解調、信源編解碼。本設計的獨特之處在于抗干擾處理。因此，在北斗一代通信子系統中添加了同步脈沖產生電路，其作用是在通信單元的射頻模塊發射上行信號期間，產生一個與上行信號發射期等寬的脈沖。此同步脈沖是定位授時單元防止射頻部分飽乃至燒毀，導航信號處理部分排除干擾對定位授時性能影響的基礎。
[0059]如圖2所示，所述同步控制模塊11由第一整形驅動電路14和射頻開關控制信號產生電路15組成；所述同步脈沖產生電路10的信號輸出端連接所述第一整形驅動電路14的信號輸入端，所述第一整形驅動電路14的第一信號輸出端連接所述射頻開關控制信號產生電路15的第一信號輸入端，所述第一整形驅動電路14的第二信號輸出端連接所述導航信號處理模塊13以輸出整形后的同步脈沖信號給導航信號處理模塊13，所述導航處理模塊還與所述射頻開關控制信號產生電路15的第二信號輸入端連接以輸出關斷信號使能電平給所述射頻開關控制信號產生電路15 ;所述射頻開關控制信號產生電路15的信號輸出端連接所述第二射頻接收模塊12的控制信號輸入端。
[0060]如圖3所示，所述第二射頻接收模塊12由射頻開關16、濾波放大電路17、變頻器18和A/D轉換器19組成；所述射頻開關16通過射頻電纜連接射頻天線，所述射頻開關控制信號產生電路15的信號輸出端連接所述射頻開關16的控制信號輸入端，所述射頻開關16的信號輸出端連接所述濾波放大電路17的信號輸入端，所述濾波放大電路17的信號輸出端連接所述變頻器18的信號輸入端，所述變頻器18的信號輸出端連接所述A/D轉換器19的信號輸入端，所述A/D轉換器19的信號輸出端連接所述導航信號處理模塊13的信號輸入端。
[0061]射頻天線將電磁波能量轉換成射頻信號，經第二射頻接收模塊完成多級下變頻、濾波、放大和功率調整、A/D轉換得到數字中頻輸出至導航信號處理模塊。本發明為定位授時單元添加了通信定位同步控制電路，并且對第二射頻接收模塊和導航信號處理模塊加以改造，解決了通信發射信號對定位授時部分的影響。
[0062]同步控制模塊首先對北斗一代通信子系統提供的同步脈沖進行整形驅動，整形驅動電路可以是與非門。整形后的同步脈沖信號分為兩路，一路直接輸出至導航信號處理模塊。另一路調整為負脈沖后與關斷信號使能電平送入射頻開關控制信號產生電路，得到控制射頻開關通斷的電平信號。本實施例中控制信號產生電路的具體實現為一個或門，則關斷信號使能電平為高時，負脈沖被屏蔽，圖3所示的射頻開關處于常開狀態；關斷信號使能電平為低時，負脈沖能夠在通信信號發射期間關斷射頻開關，保護射頻開關之后的放大和采樣電路不至于飽和乃至燒毀。本設計中導航定位單元射頻前端模塊的獨特之處就在于添加了射頻開關和相應的通斷控制機制。用戶可以通過鍵盤輸入命令方式，經應用處理器和導航信號處理模塊設置或修改關斷信號使能電平。
[0063]如圖4所示，所述導航信號處理模塊13包括基帶信息處理協調控制子模塊20和基帶信號處理子模塊21 ;所述基帶信號處理子模塊21的信號輸入端連接所述A/D轉換器19的信號輸出端；所述基帶信號處理子模塊21包括信號捕獲單元22、偽碼跟蹤單元23、載波跟蹤單元24、狀態鎖存電文提取單元25、觀測量生成與輸出單元26和PVT解算與輸出單元2?。
[0064]所述信號捕獲單元22的第一輸出端連接所述偽碼跟蹤單元23的輸入端，所述信號捕獲單元22的第二輸出端連接所述載波跟蹤單元24的輸入端，所述偽碼跟蹤單元23與所述載波跟蹤單元24雙向連接，所述偽碼跟蹤單元23的輸出端連接所述狀態鎖存電文提取單元25的第一輸入端，所述載波跟蹤單元24的輸出端連接所述狀態鎖存電文提取單元25的第二輸入端，所述狀態鎖存電文提取單元25的輸出端連接所述觀測量生成與輸出單元26的輸入端，所述觀測量生成與輸出單元26的輸出端連接所述PVT解算與輸出單元27的輸入端。
[0065]所述基帶信息處理協調控制子模塊20分別輸出時鐘信號給所述狀態鎖存電文提取單元25、觀測量生成與輸出單元26和PVT解算與輸出單元27。
[0066]基帶信號處理子模塊完成捕獲、偽碼跟蹤、載波跟蹤、狀態鎖存、電文提取、觀測量生成、PVT解算。與常規導航處理方案不同，本發明增加了基帶信息處理協調控制子模塊。捕獲檢測信號的存在，對信號偽隨機碼相位和載波的頻率進行粗略同步，是整個信號處理的第一個環節。只有信號捕獲成功后，才能轉入信號跟蹤，即偽碼相位和載波相位的精細同步。偽碼跟蹤和載波跟蹤同時進行，既相對獨立又互相影響。偽碼跟蹤的結果直接作用于本地碼的生成，決定了本地信號中碼的相位。載波跟蹤的結果直接作用于本地載波的生成，決定了本地信號中載波的相位。本地信號與輸入信號的相關運算結果分別送入偽碼跟蹤環路與載波跟蹤環路，只有當本地信號的偽碼相位和載波相位都與輸入信號同步，相關結果才不會被淹沒在接收機噪聲中，兩個跟蹤環路也才能夠鎖定信號。因此，任何一個環路的失步或失鎖必然會在另一個環路引起連鎖反應。
[0067]偽碼跟蹤和載波跟蹤子模塊中包括計數器、NCO和累加器，且其狀態經鎖存器保存和輸出。導航電文位同步后，將這些狀態提供給狀態鎖存電文提取單元可以完成導航電文解調和幀同步，生成星歷和歷書；這些狀態配合星歷，可以生成偽距和載波相位觀測量。PVT解算與輸出單元根據有效觀測量能夠計算出設備或天線的位置、速度和與之關聯的精確時間，與本地時鐘配合產生秒脈沖(IPPS)輸出。位置和速度的輸出速率取決于PVT解算的頻度，一般不小于1HZ，而授時用的秒脈沖顧名思義每秒輸出一次。PVT解算的運算量較大，故大部分導航終端都采用I?5HZ的計算頻度。
[0068]PVT解算取決于星歷的有效性和觀測量的質量。由于一版星歷的有效期不少于2小時，而提取完整的星歷從理論上講只需要30秒。因此，北斗一代通信子系統信號的發射不會影響北斗二代定位授時子系統信號接收的星歷提取。也即是說，可以利用通信發射的間歇期獲取星歷。生成觀測量的頻度不能低于PVT解算的頻率，故每一秒都須鎖存和提取跟蹤環路的內部狀態。北斗一代通信子系統發射的頻度取決于SIM卡的種類，每一次發射的持續期約幾百毫秒。發射期內，由于通信信號功率很強，其副瓣落入北斗二代定位授時子系統導航信號接收通道內，仍足以對導航信號跟蹤造成重大影響。跟蹤環路可能丟失信號導致無效內部狀態，無法生成觀測量，無法進行PVT解算；也可能跟蹤不穩定、誤差太大使得觀測量和PVT解算乃至定位授時精度嚴重下降。
[0069]如圖5所示，所述基帶信息處理協調控制子模塊20由第二整形驅動電路28、第一分頻器29、第二分頻器30、延時電路31和時鐘合成電路32組成；
[0070]所述第二整形驅動電路28與所述處理器3的系統時鐘電路連接，所述第一分頻器29的輸入端和第二分頻器30的輸入端均與所述第二整形驅動電路28的輸出端連接，所述延時電路31的輸入端和時鐘合成電路32的第一輸入端均與所述第二分頻器30的輸出端連接，所述時鐘合成電路32的第二輸入端連接所述第一整形驅動電路14的第二輸出端；所述第一分頻器29輸出狀態鎖存時鐘信號給所述狀態鎖存電文提取單元25，所述延時電路31輸出PVT解算時鐘信號給所述PVT解算與輸出單元27，所述時鐘合成電路32輸出觀測量生成時鐘信號給所述觀測量生成與輸出單元26。
[0071]本實施例中，第一整形驅動電路和第二整形驅動電路均采用與門實現，當然，其還可以采用與非門實現。傳統的定位授時設備是在定時器或時鐘控制下，每隔一個固定時間間隔(如I秒鐘)鎖存讀取跟蹤子模塊內部狀態，形成觀測量，進行PVT解算。因為狀態鎖存的運算量小于觀測量生成，更明顯低于PVT解算，所以狀態鎖存的頻度可以高于觀測量生成，更高于PVT解算。由于發射持續時間僅幾百毫秒，完全可以避開發射時間輸出鎖存的狀態、生成的觀測量，供PVT解算之用。本發明特有的基帶信息處理協調控制子模塊能夠協調狀態鎖存、觀測量生成與PVT解算，消除通信發射信號對定位授時的破壞性影響。處理器發出的系統時鐘信號經第二整形驅動電路和第一分頻器，產生狀態鎖存時鐘，觸發狀態鎖存電文提取單元，決定何時讀取信號跟蹤環路內部狀態并鎖存。整形驅動后的系統時鐘經第二分頻器輸出，一路經延時電路得到PVT解算時鐘，確定何時進行PVT解算；另一路與整形后同步脈沖合成電路得到觀測量生成時鐘信號，驅動觀測量生成與輸出單元。時鐘合成電路的作用是:整形后同步脈沖的前沿觸發產生觀測量生成時鐘信號，在同步脈沖持續期間屏蔽來自第二分頻器的時鐘信號，而在同步脈沖持續期以外讓來自第二分頻器的時鐘信號通過并觸發產生觀測量生成時鐘信號。延時電路的作用是保證觀測量生成過程中不會開始PVT解算。也即是說，本設計在不升高PVT解算頻度的條件下，沒有通信發射信號干擾的時候解算所需觀測量由第二分頻器輸出的時鐘觸發觀測量生成與輸出單元產生，存在通信發射信號干擾時，干擾作用前鎖存的狀態將被用于產生PVT解算所需的觀測量。
[0072]如圖6所示，本發明還提供了一種車載北斗雙模衛星通信定位授時方法，包括以下步驟:
[0073]步驟一、北斗一代通信子系統I的第一射頻收發模塊獲取通信上行信號發射時間信息，生成與通信發射信號同步的脈沖信號；
[0074]步驟二、并發執行北斗二代導航子系統射頻電路保護流程和抗干擾PVT解算流程;
[0075]所述射頻電路保護流程為:
[0076]通過保護使能電平選通與通信發射信號同步的脈沖信號，控制射頻開關的通斷；
[0077]射頻開關接通期間，射頻接收模塊對射頻信號濾波、變頻、A/D轉換后，輸出數字中頻給北斗二代的導航信號處理模塊13 ；
[0078]射頻開關關斷期間，射頻接收模塊不輸出包含有用信號的有效數字中頻給北斗二代的導航信號處理模塊13 ；
[0079]所述抗干擾PVT解算流程為:
[0080]導航信號處理模塊13接收同步控制脈沖，并調取導航信號處理模塊13中狀態鎖存電文提取單元25內的鎖存數據；
[0081]狀態鎖存電文提取單元25在狀態鎖存時鐘前沿到達時提取并存儲有效信號跟蹤狀態供生成北斗導航接收機原始觀測量之用；
[0082]將同步控制脈沖前沿到達時狀態鎖存電文提取單元25存儲的有效狀態結合導航電文生成觀測量并發送給PVT解算與輸出單元27 ；
[0083]將PVT解算時鐘脈沖前沿到達時狀態鎖存電文提取單元25存儲的有效狀態結合導航電文生成觀測量并發送給PVT解算與輸出單元27 ；
[0084]將經過延時的PVT解算時鐘脈沖前沿到達時PVT解算與輸出單元27接收到的最新版觀測量用于PVT解算，延時的長度大于生成觀測量所需時間。
[0085]所述控制射頻開關的通斷方法是:
[0086]第一步:北斗一代通信子系統I的第一射頻收發模塊發射上行信號時，產生一個與上行信號發射期等寬的同步脈沖并將其發送到北斗二代定位授時子系統2 ；
[0087]第二步:北斗二代定位授時子系統2中的同步控制模塊11對同步脈沖進行整形，整形后的一路輸出為所述同步控制脈沖；
[0088]另一路所述同步脈沖調整為負脈沖后，在射頻開關控制信號產生電路15中經關斷信號使能電平選通，得到控制射頻開關16通斷的射頻開關控制電平。
[0089]具體到本發明北斗一代和二代并行工作時的原理是:
[0090]步驟一、在北斗一代通信子系統I的射頻模塊發射上行信號時，產生一個與上行信號發射期等寬的同步脈沖并將其發送到北斗二代定位授時子系統2。
[0091]步驟二、對北斗一代通信子系統I提供的同步脈沖進行整形，整形后的同步脈沖一路直接輸出至導航信號處理模塊13的基帶信息處理協調控制子模塊20，另一路所述同步脈沖調整為負脈沖后與關斷信號使能電平送入射頻開關控制信號產生電路15，得到控制射頻開關16通斷的電平信號。
[0092]處理器3輸出系統時鐘經基帶信息處理協調控制子模塊20的第二整形驅動電路28到第一分頻器29，第一分頻器29產生狀態鎖存時鐘并將其發送到狀態鎖存電文提取單元25 ;處理器3輸出系統時鐘經所述第二整形驅動電路28到第二分頻器30，第二分頻器30輸出的時鐘信號經延時電路31得到PVT解算時鐘并將其發送到PVT解算與輸出單元27 ；第二分頻器30輸出的時鐘信號與整形后的同步脈沖合成觀測量生成時鐘并將其發送到觀測量生成與輸出單元26，第一分頻器生成的狀態鎖存時鐘頻率高于第二分頻器生成的時鐘信號，來自第二分頻器的時鐘脈沖和整形后同步脈沖的前沿均會觸發產生觀測量生成時鐘脈沖。
[0093]步驟三、所述狀態鎖存電文提取單元25根據接收到的狀態鎖存時鐘，讀取信號跟蹤環路內部狀態并鎖存。
[0094]所述觀測量生成與輸出單元26根據接收到的觀測量生成時鐘進行觀測量生成。
[0095]所述PVT解算與輸出單元27根據接收到的PVT解算時鐘進行PVT解算。
[0096]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，其特征在于:包括北斗一代通信子系統(1)、北斗二代定位授時子系統(2)、處理器(3)、顯示設備(4)、鍵盤(5)、存儲器(6)和北斗S頂卡(7)； 所述北斗一代通信子系統(1)和北斗二代定位授時子系統(2)分別通過各自的天線與相應的衛星進行信號傳遞，所述北斗一代通信子系統(1)的通信發射同步脈沖信號輸出端連接所述北斗二代定位授時子系統(2)的同步脈沖信號輸入端，所述北斗一代通信子系統(1)和北斗二代定位授時子系統(2)均與所述處理器(3)雙向連接；所述處理器(3)的信號輸出端連接所述顯示設備(4)的信號輸入端；所述鍵盤(5)的輸出端連接所述處理器(3)的信號輸入端；所述處理器⑶分別與所述存儲器(6)和北斗SIM卡(7)連接； 所述北斗一代通信子系統(1)包括第一射頻收發模塊(8)、通信信號處理模塊(9)和同步脈沖產生電路(10);所述第一射頻收發模塊(8)通過射頻電纜連接衛星通信天線以進行射頻信號收發，所述第一射頻收發模塊(8)的信號輸出端連接所述同步脈沖產生電路(10)的第一信號輸入端，所述第一射頻收發模塊(8)與所述通信信號處理模塊(9)雙向連接，所述通信信號處理模塊(9)的信號輸出端連接所述同步脈沖產生電路(10)的第二信號輸入端，所述通信信號處理模塊(9)與所述處理器(3)雙向連接； 所述北斗二代定位授時子系統(2)包括同步控制模塊(11)、第二射頻接收模塊(12)和導航信號處理模塊(13);所述第二射頻接收模塊(12)通過射頻電纜連接衛星導航天線以進行射頻信號接收，所述第二射頻接收模塊(12)的信號輸出端連接所述導航信號處理模塊(13)的信號輸入端，所述導航信號處理模塊(13)分別雙向連接所述處理器(3)和同步控制模塊(11)，所述同步控制模塊(11)的信號輸入端連接所述同步脈沖產生電路(10)的信號輸出端，所述同步控制模塊(11)的信號輸出端連接所述第二射頻接收模塊(12)的控制信號輸入端。
2.如權利要求1所述的車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，其特征是:所述同步控制模塊(11)由第一整形驅動電路(14)和射頻開關控制信號產生電路(15)組成；所述同步脈沖產生電路(10)的信號輸出端連接所述第一整形驅動電路(14)的信號輸入端，所述第一整形驅動電路(14)的第一信號輸出端連接所述射頻開關控制信號產生電路(15)的第一信號輸入端，所述第一整形驅動電路(14)的第二信號輸出端連接所述導航信號處理模塊(13)以輸出整形后的同步脈沖信號給導航信號處理模塊(13)，所述導航處理模塊(13)還與所述射頻開關控制信號產生電路(15)的第二信號輸入端連接以輸出關斷信號使能電平給所述射頻開關控制信號產生電路(15);所述射頻開關控制信號產生電路(15)的信號輸出端連接所述第二射頻接收模塊(12)的控制信號輸入端。
3.如權利要求2所述的車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，其特征是:所述第二射頻接收模塊(12)由射頻開關(16)、濾波放大電路(17)、變頻器(18)和A/D轉換器(19)組成；所述射頻開關(16)通過射頻電纜連接北斗導航信號接收天線，所述射頻開關控制信號產生電路(15)的信號輸出端連接所述射頻開關(16)的控制信號輸入端，所述射頻開關(16)的信號輸出端連接所述濾波放大電路(17)的信號輸入端，所述濾波放大電路(17)的信號輸出端連接所述變頻器(18)的信號輸入端，所述變頻器(18)的信號輸出端連接所述A/D轉換器(19)的信號輸入端，所述A/D轉換器(19)的信號輸出端連接所述導航信號處理模塊(13)的信號輸入端。
4.如權利要求3所述的車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，其特征是:所述導航信號處理模塊(13)包括基帶信息處理協調控制子模塊(20)和基帶信號處理子模塊(21);所述基帶信號處理子模塊(21)的信號輸入端連接所述A/D轉換器(19)的信號輸出端；所述基帶信號處理子模塊(21)包括信號捕獲(22)、偽碼跟蹤(23)、載波跟蹤(24)、狀態鎖存電文提取單元(25)、觀測量生成與輸出單元(26)和PVT解算與輸出單元(27)； 所述信號捕獲單元(22)的第一輸出端連接所述偽碼跟蹤單元(23)的輸入端，所述信號捕獲單元(22)的第二輸出端連接所述載波跟蹤單元(24)的輸入端，所述偽碼跟蹤單元(23)與所述載波跟蹤單元(24)雙向連接，所述偽碼跟蹤單元(23)的輸出端連接所述狀態鎖存電文提取單元(25)的第一輸入端，所述載波跟蹤單元(24)的輸出端連接所述狀態鎖存電文提取單元(25)的第二輸入端，所述狀態鎖存電文提取單元(25)的輸出端連接所述觀測量生成與輸出單元(26)的輸入端，所述觀測量生成與輸出單元(26)的輸出端連接所述PVT解算與輸出單元(27)的輸入端，所述基帶信息處理協調控制子模塊(20)分別輸出時鐘信號給所述狀態鎖存電文提取單元(25)、觀測量生成與輸出單元(26)和PVT解算與輸出單元(27)。
5.如權利要求4所述的車載北斗雙模衛星通信定位授時系統，其特征是:所述基帶信息處理協調控制子模塊(20)由第二整形驅動電路(28)、第一分頻器(29)、第二分頻器(30)、延時電路(31)和時鐘合成電路(32)組成； 所述第二整形驅動電路(28)與所述處理器(3)連接，所述第一分頻器(29)的輸入端和第二分頻器(30)的輸入端均與所述第二整形驅動電路(28)的輸出端連接，所述延時電路(31)的輸入端和時鐘合成電路(32)的第一輸入端均與所述第二分頻器(30)的輸出端連接，所述時鐘合成電路(32)的第二輸入端連接所述第一整形驅動電路(14)的第二輸出端；所述第一分頻器(29)輸出狀態鎖存時鐘信號給所述狀態鎖存電文提取單元(25)，所述延時電路(31)輸出PVT解算時鐘信號給所述PVT解算與輸出單元(27)，所述時鐘合成電路(32)輸出觀測量生成時鐘信號給所述觀測量生成與輸出單元(26)。
6.一種車載北斗雙模衛星通信定位授時方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、北斗一代通信子系統(1)的第一射頻收發模塊獲取通信上行信號發射時間信息，生成與通信發射信號同步的脈沖信號； 步驟二、并發執行北斗二代導航子系統射頻電路保護流程和抗干擾PVT解算流程； 所述射頻電路保護流程為: 通過保護使能電平選通與通信發射信號同步的脈沖信號，控制射頻開關的通斷； 射頻開關接通期間，射頻接收模塊對射頻信號濾波、變頻、A/D轉換后，輸出數字中頻給北斗二代的導航信號處理模塊(13)； 射頻開關關斷期間，射頻接收模塊不輸出包含有用信號的有效數字中頻給北斗二代的導航信號處理模塊(13)； 所述抗干擾PVT解算流程為: 導航信號處理模塊(13)接收同步控制脈沖，并調取導航信號處理模塊(13)中狀態鎖存電文提取單元(25)內的鎖存數據； 狀態鎖存電文提取單元(25)在狀態鎖存時鐘前沿到達時提取并存儲有效信號跟蹤狀態供生成北斗導航接收機原始觀測量之用； 將同步控制脈沖前沿到達時狀態鎖存電文提取單元(25)存儲的有效狀態結合導航電文生成觀測量并發送給PVT解算與輸出單元(27)； 將PVT解算時鐘脈沖前沿到達時狀態鎖存電文提取單元(25)存儲的有效狀態結合導航電文生成觀測量并發送給PVT解算與輸出單元(27)； 將經過延時的PVT解算時鐘脈沖前沿到達時PVT解算與輸出單元(27)接收到的最新版觀測量用于PVT解算，延時的長度大于生成觀測量所需時間。
7.根據權利要求6所述的車載北斗雙模衛星通信定位授時方法，其特征在于: 所述控制射頻開關的通斷方法是: 第一步:北斗一代通信子系統(1)的第一射頻收發模塊發射上行信號時，產生一個與上行信號發射期等寬的同步脈沖并將其發送到北斗二代定位授時子系統(2); 第二步:北斗二代定位授時子系統(2)中的同步控制模塊(11)對同步脈沖進行整形，整形后的一路輸出為所述同步控制脈沖； 另一路所述同步脈沖調整為負脈沖后，在射頻開關控制信號產生電路(15)中經關斷信號使能電平選通，得到控制射頻開關(16)通斷的射頻開關控制電平。
【文檔編號】G04R20/02GK104281048SQ201410423179
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】邱劍寧, 張繼宏 申請人:重慶九洲星熠導航設備有限公司