北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自 行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统 (GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS)和美国GPS、俄罗斯 GL0NASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由 空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精 度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授 时能力，定位精度10米，测速精度0. 2米/秒，授时精度10纳秒。
[0003] 北斗地基导航网络地面监测站（简称监测站）的主要目的是完成北斗地基导航网 络伪卫星状态监测，利用伪卫星进行独立定位或利用伪卫星和北斗卫星进行协同定位。由 于脉冲式伪卫星信号以突发的方式输出，而且不连续，对于监测接收机而言具有一定的不 确定性，因此监测接收机对脉冲式伪卫星信号的捕获及跟踪难度很大。而且，监测接收机解 析出完整帧数据所需的时间也变得更长，时效性较差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种监测接收机能够快速、准确地 捕获伪卫星信号并快速解析出完整帧数据的北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫 星捕获、跟踪方法；利用伪卫星或伪卫星和北斗卫星进行定位，并根据已知监测站位置计算 定位误差，并将定位误差及所有原始数据反馈至运管分系统，再由运管分系统根据多台监 测站上报的数据进行计算，得到伪卫星间及伪卫星与北斗系统之间的时间差，并对伪卫星 系统进行时间修正，从而提升地基伪卫星增强系统的性能。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：北斗地基导航网络地面监测站，用 于完成北斗地基导航网络伪卫星状态监测，利用伪卫星进行独立定位或利用伪卫星和北斗 卫星进行协同定位，并根据已知监测站位置计算定位误差，并将定位误差及所有原始数据 反馈至运管分系统，再由运管分系统根据多台监测站上报的数据进行计算，得到伪卫星间 及伪卫星与北斗系统之间的时间差，并对伪卫星系统进行时间修正，从而提升地基伪卫星 增强系统的性能；它包括监测接收机和监测计算机，监测接收机用于完成北斗导航卫星信 号与伪卫星导航信号的捕获、跟踪和处理，并将原始数据、定位误差，以及工况信息上报给 监测计算机；监测计算机用于实现对监测接收机的管理控制和数据分发，以及原始数据、定 位误差和工况信息的采集、保存，并与运管分系统实现双向数据通信；
[0006] 所述的监测接收机包括射频单元、AD采样单元、基带处理单元、信息处理单元、时 钟单元和电源管理单元，射频单元的输入端与天线相连，射频单元的模拟中频信号输出端 和采样时钟输出端分别与AD采样单元连接，射频单元的工作时钟输出端与基带处理单元 连接，AD采样单元的数字中频信号输出端与基带处理单元连接，基带处理单元与信息处理 单元相连接，信息处理单元与监测计算机通讯连接；所述的时钟单元为射频单元和信息处 理单元提供工作时钟，电源管理单元分别为时钟单元、AD采样单元、射频单元、基带处理单 元和信息处理单元提供工作电压。
[0007] 所述的监测接收机由基带板、射频板、天线单元和机箱组成，基带板通过双向数据 网络接口和串行接口与监测计算机连接，基带板接收外输入的IPPS信号，基带板输出监视 信号；射频板接收外输入的IOMHz基准信号，以及天线输出的北斗信号和伪卫星信号，射频 板输出监视信号；射频板向基带板输出数字中频信号和工作时钟，基带板向射频板输出工 作电压。
[0008] 所述基带板的主处理单元为ARM处理器，实现网口集成芯片的读写操作和数据双 向传输控制功能；完成基带处理单元的控制、基带处理后数据的采集，以及数据的解析处 理，并进行定位相关解算；完成基带处理单元的控制、配置，以及测量数据、解调数据的采 集；打包上报运管分系统所需要的数据。
[0009] 所述基带板的基带处理单元包括主基带信号处理单元和备用基带信号处理单元， 主基带信号处理单元由DSP和FPGA共同实现，一共有60个跟踪通道，实现10颗伪卫星和 10颗北斗卫星信号的捕获跟踪；备用基带信号处理单元为BP2007芯片，一共有16个跟踪 通道，实现北斗导航卫星基带信号的处理，用于主基带单元的北斗信号比对验证。
[0010] 所述射频板的射频单元包括B1、B3射频模块和IOMHz温补晶振，同时，外部也提供 一个IOMHz频标信号输入，由外部控制系统发送控制指令控制设备进行内外时钟的切换， 为射频模块选择工作时钟；BI、B3射频模块分别接收天线输出的BI、B3北斗导航模拟射频 信号和Bl、B3伪卫星模拟射频信号，通过对相应射频信号进行处理，输出对应的模拟中频 信号，供AD采样单元进行模数转换；
[0011] 所述的B1、B3射频模块内部均包括低噪声放大器、射频混频器、中频可变增益放 大器、中频混频器、中频滤波器、自动增益控制电路和两个独立的频率合成器，输出能驱动 50欧姆负载的模拟中频信号和供基带部分使用的62MHz低相噪时钟信号。
[0012] 北斗地基导航网络地面监测站接收机卫星捕获、跟踪方法，包括以下步骤：
[0013] Sl :监测站上电后，监控接收机信息处理单元首先按照上一次保存的设置参数进 行接口设置和初始化；
[0014] S2 :信息处理单元进行工作状态巡检，并控制基带处理单元进行北斗卫星与伪卫 星的搜索、捕获和跟踪，实时采集、处理已跟踪北斗卫星与伪卫星的观测量数据和导航电文 数据；
[0015] S3 :当监测计算机通过网口接收到运管分系统的定位模式指令时，监测计算机将 指令下发至监测接收机，由监测接收机信息处理单元控制设备按照当前设置的定位模式及 参与定位卫星号开始进行定位，得到定位结果；
[0016] S4:利用外部注入的精确监测接收机坐标计算实测定位结果的误差，并将误差上 报至监测计算机，由监测计算机通过网口反馈至运管分系统。
[0017] 北斗地基导航网络地面监测站接收机卫星捕获、跟踪方法，包括一个监测接收机 嵌入式ARM处理步骤，包括：
[0018] 1)初始化ARM启动环境；
[0019] 2)读取配置参数；
[0020] 3)根据配置参数初始化接口；
[0021] 4)启动状态巡检，并通过网口将巡检结果上报监测计算机；
[0022] 5)获取本地时间，并以本地时间初始化基带单元；
[0023] 6)控制DSP开始北斗/伪卫星捕获工作；
[0024] 7)控制BP2007进行北斗卫星捕获工作；
[0025] 8)采集DSP上报的北斗/伪卫星相关数据和BP2007上报的北斗卫星相关数据；
[0026] 9)处理采集到的数据，并将采集及处理后的数据上报；
[0027] 10)循环持续步骤7~9。
[0028] 北斗地基导航网络地面监测站接收机卫星捕获、跟踪方法，包括一个监测接收机 嵌入式DSP处理步骤，包括：
[0029] 1)初始化DSP启动环境；
[0030] 2)启动状态巡检，并将巡检结果上报ARM处理器；
[0031] 3)接收ARM下发的本地时间，并以此时间开始时间维持；
[0032] 4)接收ARM下发的启动捕获指令，开始进行北斗/伪卫星捕获；
[0033] 5)控制FPGA开始捕获北斗/伪卫星；
[0034] 6)跟踪已捕获的北斗/伪卫星；
[0035] 7)解调并采集已捕获北斗/伪卫星数据；
[0036] 8)上报已采集数据至ARM处理器；
[0037] 9)循环持续步骤5~8。
[0038] 本发明的有益效果是：提供了一种监测接收机能够快速、准确地捕获伪卫星信号 并快速解析出完整帧数据的北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方 法，利用伪卫星或伪卫星和北斗卫星进行定位，并根据已知监测站位置计算定位误差，并将 定位误差及所有原始数据反馈至运管分系统，再由运管分系统根据多台监测站上报的数据 进行计算，得到伪卫星间及伪卫星与北斗系统之间的时间差，并对伪卫星系统进行时间修 正，从而提升地基伪卫星增强系统的性能。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明监测站结构示意框图；
[0040] 图2为本发明监测接收机结构示意框图；
[0041] 图3为本发明监测接收机硬件组成示意图；
[0042] 图4为基带板硬件结构示意框图；
[0043] 图5为主基带信号处理单元结构示意框图；
[0044] 图6为射频板硬件结构示意框图；
[0045] 图7为本发明监测站工作流程示意图；
[0046] 图8为伪卫星捕获、跟踪流程图；
[0047] 图9为FFT脉冲捕获模型图。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0049] 如图1所示，北斗地基导航网络地面监测站，用于完成北斗地基导航网络伪卫星 状态监测，利用伪卫星进行独立定位或利用伪卫星和北斗卫星进行协同定位，并根据已知 监测站位置计算定位误差，并将定位误差及所有原始数据反馈至运管分系统，再由运管分 系统根据多台监测站上报的数据进行计算，得到伪卫星间及伪卫星与北斗系统之间的时间 差，并对伪卫星系统进行时间修正，从而提升地基伪卫星增强系统的性能；它包括监测接收 机和监测计算机，监测接收机用于完成北斗导航卫星信号与伪卫星导航信号的捕获、跟踪 和处理，并将原始数据、定位误差，以及工况信息上报给监测计算机；监测计算机用于实现 对监测接收机的管理控制和数据分发，以及原始数据、定位误差和工况信息的采集、保存， 并与运管分系统实现双向数据通信。
[0050] 如图2所示，所述的监测接收机包括射频单元、AD采样单元、基带处理单元、信息 处理单元、时钟单元和电源管理单元，射频单元的输入端与天线相连，射频单元的模拟中频 信号输出端和采样时钟输出端分别与AD采样单元连接，射频单元的工作时钟输出端与基 带处理单元连接，AD采样单元