一种北斗二代b1和b3双频接收机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航领域，涉及一种北斗卫星导航接收机。
【背景技术】
[0002] 北斗卫星导航定位系统是我国自行研制的，为用户提供快速定位、简短数字报文 通信和授时服务的新型、全天候、区域性的卫星导航定位系统。北斗卫星导航系统是一个庞 大的系统工程，其技术复杂、应用范围广，填补了我国导航系统的空白，开启了我国航天事 业的新征程，使我国摆脱了对GPS系统的依赖，为维护国家安全、推动经济文化全面发展提 供了重要保障。北斗二代卫星定位系统采用无源的定位方式，通过其发送的多频数据可以 进行高精度的相对定位，这对我国的经济发展具有重大的现实意义。通过北斗卫星获取定 位信息，用户便能根据获取的定位信息得知自身的位置信息，实现相应的导航等应用或服 务。
[0003] 北斗B1频点信号的测距码以2.046MCPS的码速率调制在1561.098MHz的载波信号 上，北斗B3频点信号的测距码以10.23Mcps的码速率调制在1268.52MHz的载波信号上。在相 同的情况下，B3频点的码速率是B1频点的5倍，因此理论上单B3频点的定位精度能达到单B1 频点的5倍，而在观测条件较差、可用卫星数较少的情况下，进行北斗卫星伪距单点定位时， 单频伪距单点定位性能急剧下降，但采用B1、B3双频伪距单点定位精度却可以较好的约束 误差的离散范围，提高接收机的定位精度和可用性。
[0004] 然而目前的北斗导航接收机大部分只能接收单B1频点的信号，因此在民用领域 中，实现一种能够同时支持北斗二代B1、B3频点的导航接收机已经十分迫切。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于北斗二代导航 系统的民用B1频点和B3频点的双频接收机，能够在观测条件较差、可用卫星数较少的情况 下，通过双频差分提供可靠的定位连续性和较高的实时定位精度。
[0006] 本发明的技术解决方案是:一种北斗二代B1和B3双频接收机，包括放大滤波电路、 功分电路、B1窄带带通滤波器、B3窄带带通滤波器、下变频及模数转换采样电路、晶振、中频 数字信号处理电路、测量数据预处理模块、组合滤波模块、导航定位模块，其中：
[0007] 放大滤波电路:接收外部输入的同时含有北斗卫星B1频点和B3频点的射频信号， 对射频信号进行放大并进行带通滤波得到包含B1频点及B3频点的全频段信号，送至功分电 路；
[0008] 功分电路:将从放大滤波电路接收的全频段信号分为两路，其中一路送至B1窄带 带通滤波器，另一路送至B3窄带带通滤波器；
[0009] B1窄带带通滤波器:对接收到的全频段信号进行以B1频点为中心的带通滤波，得 到B1频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；
[0010] B3窄带带通滤波器:对接收到的全频段信号进行以B3频点为中心的带通滤波，得 到B2频点高频信号并送至下变频及模数转换采样电路；
[0011]晶振:产生基准频率信号并送至下变频及模数转换采样电路；
[0012] 下变频及模数转换采样电路:对B1频点高频信号和B3频点高频信号分别进行下变 频，并根据晶振提供的基准频率信号构建同步采样时钟，利用所述同步采样时钟对下变频 后的信号进行同步采样，得到B1频点中频数字信号和B3频点中频数字信号，将B1频点中频 数字信号、B3频点中频数字信号以及同步采样时钟送至中频数字信号处理电路；
[0013] 中频数字信号处理电路:对B1频点中频数字信号和B3频点中频数字信号分别进行 捕获跟踪，获取有效跟踪的各个北斗卫星的B1频点的原始测量数据及B3频点的原始测量数 据，所述的原始测量数据包括码计数、载波计数、多普勒和原始电文，其中码计数和载波计 数通过同步采样时钟获得；
[0014] 测量数据预处理模块:针对中频数字信号处理电路传来的每一条测量数据，通过 码计数累加得到卫星的观测时间，结合载波计数修正后计算得到原始伪距，通过多普勒与 载波计数修正计算得到伪距率，通过对原始电文进行BCH解码，得到解调电文;从组合滤波 模块获取原始伪距修正量和伪距率修正量，利用原始伪距修正量对原始伪距进行修正并送 至导航定位模块，利用伪距率修正量对伪距率进行修正并送至导航定位模块；
[0015] 导航定位模块:根据修正后的各个导航卫星的原始伪距，分别进行卫星钟差修正、 电离层误差修正、电离层差分修正、对流层误差修正、地球自转误差修正，得到最终可用于 定位的修正伪距；同时，通过解调电文解算得到B1频点各卫星以及B3频点各卫星的卫星参 数，所述的卫星参数包括位置、速度、钟差；利用修正伪距、卫星参数、伪距率解算出导航数 据和1PPS后向外部输出；
[0016]组合滤波模块:使用卡尔曼滤波算法对导航定位模块输出的导航信息进行组合导 航滤波，过滤导航信息中的异常值，结合双频接收机的速度、加速度以及滤波处理后的导航 信息，计算出原始伪距修正量和伪距率修正量并反馈至测量数据预处理模块。
[0017] 所述的中频数字信号处理电路包括捕获配置器、FFT捕获单元、通道配置器、η个通 道、相关运算单元和锁存采样单元，捕获配置器对FFT捕获单元进行参数配置，FFT捕获单元 依据配置参数对输入的Β1频点中频数字信号与Β3频点中频数字信号进行捕获操作，捕获到 的信号被送入通道配置器，通道配置器将从η个通道中选择一个空闲通道对捕获到的信号 进行跟踪，相关运算单元使用相关时钟对所有η个通道同一时刻的信号进行相关计算，锁存 采样单元使用锁存时钟对所有η个通道同一时刻的信号进行参数跟踪采样并锁存采样值， 以此从各个通道中获取并输出Β1原始测量数据与Β3原始测量数据。
[0018] 所述的Β1窄带带通滤波器或者Β3窄带带通滤波器为声表面波带通滤波器。
[0019] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0020] (1)本发明提出了民用北斗二代Β1、Β3双频接收机的整体解决方案，从根本上解决 了传统GNSS接收机对于GPS系统的依赖问题，有效改进了原有北斗一代接收机及北斗二代 Β1频点接收机的定位精度，在充分利用北斗Β3频点来有效提高定位精度的同时，极大提高 了系统的可靠性和稳定性；
[0021] (2)本发明提出的民用北斗二代Β1、Β3双频接收机，充分利用两种频点的同步处 理，使用双频差分技术提尚定位精度的同时，有效提尚系统的可靠性；
[0022] (3)本发明提出的民用北斗二代Β1、Β3双频接收机，采用双端口可选信号输入，支 持两路混合信号的选择输入，在保持传统GNSS接收机方案一致的对外接口同时将输入接口 扩展一倍，可以适应单天线、双天线及不同频点天线组合输入等更加复杂的应用系统；
[0023] (4)本发明提出的民用北斗二代B1、B3双频接收机，射频处理链路设计低噪声、高 增益、宽带及窄带滤波及自动增益调节相组合的匹配电路设计方法，有效保证B1、B3两种信 号的传输质量，相比传统GPS接收机及B1频点接收机，在保证信号传输高增益低噪声的同时 极大放宽了链路处理信号的带宽，可实现两个频点信号的完整处理与分离；
[0024] (5)本发明将B1、B3信号测量数据进行双频差分定位，利用B3频点自身具有的高信 号精度特点，使用双频差分消除电离层及对流层误差，同时采用载波相位辅助伪距定位方 法，大幅提尚定位精度。
【附图说明】
[0025]图1为本发明接收机的原理框图；
[0026] 图2为本发明接收机的一种硬件实现结构框图；
[0027] 图3为本发明接收机的放大滤波设计原理图；
[0028] 图4为本发明接收机的下变频及模数转换采样设计原理图；
[0029]图5为本发明接收机的数字中频处理设计原理图；
[0030]图6为本发明接收机的测量数据预处理设计原理图；
[0031 ]图7为本发明接收机的导航定位设计原理图；
[0032]图8为本发明接收机的时间同步设计原理图。
【具体实施方式】
[0033]本发明针对民用导航定位的高精度、稳定性及小型化要求，结合北斗导航系统的 能力与特点，设计了一种民用北斗二代B1、B3双频接收机。通过对北斗二代B1、B3民用频点 的信号进行接收、处理，采用差分定位，实现了快速高精度导航定位目的。
[0034] 1、系统方案设计
[0035]如图1所示，为本发明的民用北斗二代B1、B3双频