3用于对接收到的卫星数据信息进行解算得到天顶总延迟量ZTD和该北斗卫 星大气层水汽含量测量仪的位置信息，同时将天顶总延迟量ZTD发送至所述水汽反演模块 5 ;所述气象传感器13将采集到的气象数据通过所述气象传感器接口 16传送至所述气象数 据采集器6,所述气象数据采集器6将接收到的气象数据转换成数字信号后传送至所述水 汽反演模块5,所述水汽反演模块5将接收到的天顶总延迟量ZTD和数字信号进行解算，得 到实时的大气水汽含量；所述箱体的一侧面还设置有北斗短报文模块天线接口 8,所述北 斗短报文模块通8过所述北斗短报文模块天线接口 21与外部的北斗卫星收发天线9相连， 所述北斗短报文模块8用于接收所述工控主机4传送的实时的水汽含量、气象数据和该北 斗卫星大气层水汽含量测量仪的位置信息，同时通过所述北斗卫星收发天线9将其发送给 相关的气象部门；所述蓄电池1与所述工控主机4相连，用于对所述工控主机4进行供电， 所述蓄电池的电压和容量可根据整个测量仪的耗电量及电源接口来确定，并可支持太阳能 充电，所述箱体的一侧面还设置有电源接口 14,所述电源接口 14与所述蓄电池1相连，通过 所述电源接口与外部的供电装置相连接，用于对所述工控主机直接进行供电或对所述蓄电 池1进行充电；以及所述机箱内还设置有显示屏10,所述显示屏10与所述工控主机4相连， 通过所述显示屏10对所述工控主机4进行操作，所述工控主机4主要作为单点定位模块 和水汽反演模块的运行平台，另外，工控主机也作为整个仪器的控制中心，除了运行上述所 述的单点定位模块和水汽反演模块外，还起到通过显示屏进行人机交互，控制差分接收机、 3G/4G模块以及北斗短报文模块等，所述显示屏支持触摸功能和开关屏功能，所述机箱为防 水和防尘机箱，保证了该机箱的防水和防尘性能，同时通过一体化设计，提高了该测量仪使 用的便携性；
[0041] 作为上述实施例的优选实施方式，所述箱体的另一侧设置有多个USB接口 15、多 个串口、多个网口 17以及多个卫星通讯接口。
[0042] 作为上述实施例的优选实施方式，所述卫星数据信息包括北斗精密星历、钟差数 据、伪距、载波相位以及多普勒频移。
[0043] 作为上述实施例的优选实施方式，所述箱体的另一侧还设置有存储卡接口18,通 过该存储卡接口可安装和卸载存储卡，可使用高速SD卡，提高了该北斗卫星大气层水汽含 量测量仪的使用效率。
[0044] 作为上述实施例的优选实施方式，所述多个USB接口为4个USB接口，用于连接鼠 标、键盘和工控主机的数据交互等。
[0045] 作为上述实施例的优选实施方式，所述多个串口为4个串口，且均为DB9接口，提 高了该北斗卫星大气层水汽含量测量仪的互换性性能，方便后期的维护和保养。
[0046] 作为上述实施例的优选实施方式，所述网口为2个网口，所述网口为千兆口，同时 也可当作USB接口使用。
[0047] 作为上述实施例的优选实施方式，所述差分接收机接口为TNC接口或SMA接口。
[0048] 作为上述实施例的优选实施方式，所述北斗短报文模块天线接口和3G/4G接口均 为SMA接口。
[0049] 作为上述实施例的优选实施方式，所述显示屏为触摸式液晶显示屏，其尺寸为 4~5寸 。
[0050] 本发明提供的一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪，使用以下技术：
[0051] ⑴差分接收机
[0052] 气象专用的差分接收机，不同于市面上已有的仅输出伪距、载波相位、多普勒频移 等原始观测量的测量型多频接收机，而是集成了气象观测单元、PPP算法程序和水汽反演模 块、可直接输出气象行业需要的大气层水汽含量测量值的专用差分接收机。
[0053] 解决方案：研制气象专用的差分（B1/B3)接收机，涉及以下几种关键技术：
[0054] 1)抗转发式干扰技术
[0055] 转发式干扰会使捕获得到多个相关峰从而影响捕获正确的码相位输出，同时由于 转发功率较大还会提高接收信号的噪声水平，影响信噪比。但由于正确信号和干扰信号之 间间隔较大，一旦跟踪到正确的信号后，转发信号便不会影响到环路工作。针对此特点，在 卫星信峰位置，剔除干扰影响。如果转发信号过强则会抬高接收机噪底水平，信号的捕获策 略中采用多峰值鉴别措施，在捕获阶段辨别真实信号，在一般情况下相关会损失1~2dB的 处理增益，但这并不会影响接收机的正常工作。
[0056] 2)高精度测量技术
[0057] 提高卫星接收机测量精度是提高定位精度的最为本源的一种方法，卫星导航接收 机的测量包括伪距、载波相位和多普勒三部分，测量精度取决于硬件设计和跟踪环路设计。 伪距测量精度取决于码鉴别器性能及硬件性能，高精度伪距测量应具备足够的射频带宽、 高稳定度时钟及理想的码鉴别器，理想的码鉴别器应该是线性的，线性范围尽量大，牵引范 围尽量大，对信号幅度不敏感，而且受载波频率估计误差的影响应尽量小，计算量也应尽量 小。本方案拟通过提高射频通道带宽、选用高稳晶振，缩窄鉴相器间隔、缩窄环路滤波器带 宽、多路相关鉴别算法等方式，减少测量噪声影响，提高码相位鉴别精度从而提高伪距测量 精度。
[0058] 载波相位测量精度同样取决于硬件性能以及载波环性能，载波环性能可通过改进 鉴相算法及缩窄鉴相带宽来提高。同时卫星导航接收机利用载波相位测量值进行差分求 得多普勒。由于进行差分的两个载波相位测量值时间间隔较短，会导致多普勒测量值误差 较大，为了降低多普勒测量误差，提高多普勒测量精度，本发明采用多项式曲线对载波相位 进行拟合，以滤除噪声。设载波相位在h，t2，…，、时刻的测量值为巾（t^，巾（t2)，…， Mtn)，采用m次多项式曲线Aa+Ait+Aj2…，A，?行拟合，则有公式⑴：
【主权项】
1. 一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于：包括机箱，所述机箱内设置有 工控主机、气象数据采集器、差分接收机以及北斗短报文模块，所述气象数据采集器、差分 接收机和北斗短报文模块分别与所述工控主机相连，还包括3G/4G模块和蓄电池，其中： 所述工控主机中设置有相互连接的单点定位模块和水汽反演模块，所述差分接收机与 所述单点定位模块相连，所述气象数据采集器与所述水汽反演模块相连，所述箱体一侧面 设置有差分接收机接口和气象传感器接口，所述差分接收机通过所述差分接收机接口与外 部的扼流圈天线相连，所述气象数据采集器通过所述气象传感器接口与外部的气象传感器 相连； 所述差分接收机还与所述3G/4G模块相连，所述箱体一侧面还设置有3G/4G天线接口， 所述3G/4G模块通过所述3G/4G天线接口与外部的3G/4G天线相连，所述3G/4G天线用于 接收北斗连续跟踪站网播发的卫星数据信息并将其发送给所述3G/4G模块，所述3G/4G模 块用于接收所述3G/4G天线发送的卫星数据信息并将其发送给所述差分接收机，所述差分 接收机用于将接收到的卫星数据信息发送给所述单点定位模块，所述单点定位模块用于对 接收到的卫星数据信息进行解算得到天顶总延迟量ZTD和该北斗卫星大气层水汽含量测 量仪的位置信息，同时将天顶总延迟量ZTD发送至所述水汽反演模块； 所述气象传感器将采集到的气象数据通过所述气象传感器接口传送至所述气象数据 采集器，所述气象数据采集器将接收到的气象数据转换成数字信号后传送至所述水汽反演 模块，所述水汽反演模块将接收到的天顶总延迟量ZTD和数字信号进行解算，得到实时的 大气水汽含量； 所述箱体的一侧面还设置有北斗短报文模块天线接口，所述北斗短报文模块通过所述 北斗短报文模块天线接口与外部的北斗卫星收发天线相连，所述北斗短报文模块用于接收 所述工控主机传送的实时的水汽含量、气象数据和该北斗卫星大气层水汽含量测量仪的位 置信息，同时通过所述北斗卫星收发天线将其发送给相关的气象部门； 所述蓄电池与所述工控主机相连，用于对所述工控主机进行供电，所述箱体的一侧面 还设置有电源接口，所述电源接口与所述蓄电池相连，通过所述电源接口与外部的供电装 置相连接，用于对所述工控主机直接进行供电或对所述蓄电池进行充电； 所述机箱内还设置有显示屏，所述显示屏与所述工控主机相连，通过所述显示屏对所 述工控主机进行操作。
2. 根据权利要求1所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述箱体的 另一侧设置有多个USB接口、多个串口、多个网口以及多个卫星通讯接口。
3. 根据权利要求1所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述卫星数 据信息包括北斗精密星历、钟差数据、伪距、载波相位以及多普勒频移。
4. 根据权利要求1所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述箱体的 另一侧还设置有存储卡接口。
5. 根据权利要求2所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述多个USB 接口为4个USB接口。
6. 根据权利要求2所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述多个串 口为4个串口，且均为DB9接口。
7. 根据权利要求2所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述网口为2 个网口。
8. 根据权利要求1所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述差分接 收机接口为TNC接口或SMA接口。
9. 根据权利要求1所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述北斗短 报文模块天线接口和3G/4G接口均为SMA接口。
10. 根据权利要求1所述的北斗卫星大气层水汽含量测量仪，其特征在于，所述显示屏 为触摸式液晶显示屏，其尺寸为4~5寸。
【专利摘要】本发明涉及一种北斗卫星大气层水汽含量测量仪，包括机箱，所述机箱内设置有工控主机、气象数据采集器、差分接收机以及北斗短报文模块，所述气象数据采集器、差分接收机和北斗短报文模块分别与所述工控主机相连，还包括3G/4G模块和蓄电池。本发明的有益效果在于，本发明提供一种一体化设计、安全可靠、使用便捷且准确度高的北斗卫星大气层水汽含量测量仪。
【IPC分类】G01S19-14, G01W1-00
【公开号】CN104714239
【申请号】CN201510144311
【发明人】李明湘, 陈同义, 张京江, 刘焱雄, 董海瑞
【申请人】北京汇美电子技术有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月31日