一种高集成度卫星导航连续工作参考站的制作方法_3

文档序号:8444854阅读:来源:国知局
器模块,跟踪模块为24通道的跟踪系统,其信号处理过程为:跟踪模块将数字基带信号作为输入信号送入DDS模块,进行载波剥离、码剥离、积分和累加的工作输出载波、相位基带数据信息后,通过跟踪子模块后续处理将相应的数据传给载波NCO模块、CPU中断处理模块和环路滤波器模块;载波跟踪模块采取锁频环和和锁相环相结合的方式构成,对输入的相位和频率信息进行相应的更新处理并传给码NCO和载波NC0,载波NCO采用二阶PLL结合一阶FLL,码NCO采用二阶DLL,能够稳定跟踪高动态信号,当锁相环因动态应力造成失锁时,载波跟踪就使用带宽较宽的锁相环,一旦锁频环锁定频率,则重复锁相环的闭合过程。此外,跟踪模块还包含外部辅助量输入以及其他辅助模块。
[0045]在具体实施过程中,如图8所示,所述同步授时单元包括本地原子钟/石英钟、钟差测量模块和移相分频器,同步授时单元用于提取数字基带信号中包含的授时信息作为芯片的授时基准,同步本地原子钟或石英钟的时钟信号;钟差测量模块用于对本地原子钟/石英钟输出的秒脉冲信号与GPS/北斗导航卫星信号的秒脉冲时间基准之间的相位差进行测量,实时监控以确定对本地原子钟/石英钟输出信号的调整量;移相分频器用于对本地原子钟/石英钟输出信号进行相位和频率的精密调整,使输出的秒脉冲时间基准与GPS/北斗导航卫星时间基准之间保持严格同步,移相分频器输出同步授时信号。
[0046]在具体实施过程中,所述电源管理单元采用中央处理器进行电源控制,加上CMOS工艺的低功耗特性,极大的降低了整体芯片的功能消耗,芯片的功耗控制在500mW之内。
[0047]在具体实施过程中,所述通讯接口单元集成了 3个LV-TTL接口,其最高波特率为921,600bps ;集成了 2个CAN Bus其数据最高传输速率为IMbps ;还集成了 I个USB接口,数据传输速率可达12Mbps ;多个以太网100Base-T4接口和SPI接口 ;通讯接口单元还引出同步授时的接口,给外部接收机提供高精度的授时,其授时精度可达纳秒级。
[0048]在具体实施过程中,所述参考站还包括数据转换单元,数据转换单元通过可编程芯片实现,用于对接收到GNSS卫星原始数据进行数据格式的转换。
[0049]在具体实施过程中,如图9所示,所述参考站同时观测四颗或四颗以上的卫星信号,得到卫星与用户接收机之间的距离,卫星瞬时坐标已知,通过空间距离后方交会,确定接收机天线相位中心的坐标,公式为:
[0050](xrx)2+ (yrj)2+ (zi~z) 2+c2.(tn-t0i) = (I12
[0051](x2-x) 2+(y2-y)2+(z2-z) 2+c2.(t12_t02) = d22
[0052](x3-x) 2+(y3-y)2+(z3-z) 2+c2.(t13_t03) = d32
[0053](x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z) 2+c2.(t14_t04) = d42
[0054]其中c表示光速,tn、t12、t13、t14分别表示四颗卫星发出电磁波的瞬时时间,t Q1、tQ2、t03> tM分别表示为接收机接收到上述四颗卫星电磁波的瞬时时间,d P d2、d3、d4分别表示四颗卫星与用户接收机之间的距离,(X1, Y1, Z1)、(x2,y2,z3)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)分别表示四颗卫星的瞬时坐标,通过求解方程组,可得用户接收机的位置(x,y,z)。在此基础上,根据不同情况不同需求,采用不同的计算方法,选择不同卫星定位信息,可获得不同的观测量。
[0055]在具体实施过程中,如图11所示,所述参考站对数字基带信号分别进行测码伪距测量、载波相位观测、多普勒积分计数伪距差、干涉法测时间延迟、RTK数据处理、差分解算和卡尔曼滤波,输出同步授时数据和基站差分数据,参考站的软件模块如图10所示。
[0056]伪距测量是通过接收卫星发布的伪距码,记录从GNSS卫星发射信号到接收机接收的传播时间,通过电磁波传播速度可得到传播距离。
[0057]载波相位观测是以L1、L2载波为观测量,通过观测载波信号相位从卫星发出到接收机接收的变化量,通过波长、周期等物理元素计算电磁波的传播距离。RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果,历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。
[0058]如图11所示,差分是在卫星定位的基础上利用数学中的差分技术消除或消弱误差影响,从而获得更高的定位精度。差分技术应用方案是采用两台以上高集成度卫星导航连续工作参考站基站,将其中一台安置在已知坐标参考站,其他高集成度卫星导航连续工作参考站基站测得的观测量按照一定的线性组合与参考站的观测量求差,由此可减少或消除绝大部分的观测误差和其他误差,提高定位精度。差分技术的出现是全球卫星导航定位技术上的突破性改进,极大程度上提高了全球卫星定位的精度。按照差分改正信息的种类,可分为三类,即:位置差分,伪距差分,相位差分。本发明所述的高集成度卫星导航连续工作参考站同时支持上述三种差分技术,根据高集成度接收机单元的导航定位结果,解算出差分以及RTK定位需要的处理数据,然后通过基站转发到用户接收机上,实现高精度定位。
[0059]卡尔曼滤波是一种线性的估计算法,但它的去噪效果和算法效率在线性的估计算法中较为优越。卡尔曼滤波法求取最优解的原则是使状态误差的方差达到最小,进而得到一个对状态的较优估计。卡尔曼滤波法是根据上一状态的估计值和当前状态的测量值求出当前状态的估计值,这主要包括两个步骤:预测和更新。在描述一个系统时,卡尔曼滤波法是使用状态方程和量测方程来实现的。
[0060]本发明高集成度卫星导航连续工作参考站,包括外设天线、射频处理单元、数据转换单元、中央处理单元、基带处理单元、同步授时单元、通讯接口单元、内部存储单元和电源管理单元,上述各个单元通过总线连接,上述各个单元集成于同一芯片中,或者射频处理单元和数据转换单元集成于一块芯片中,其他各个单元集成于另一块芯片中。本发明所需要的成本在千元以下,并且随着芯片技术的发展,其成本会越来越低,本发明的高集成度卫星导航连续工作参考站,同样能实现CORS参考站所具备的所有功能并且具有低成本,低耗能,精度和可靠性更高等优点。
[0061]显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的
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