专利名称：基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种接收机，尤其是一种基于全球卫星定位系统的用于同时接收右旋GPS信号和左旋GPS信号的延迟映射接收机。
背景技术：
在海面风以及波、流等许多海洋环境要素的测量手段中，散射计、合成孔径雷达等微波遥感方式已成功应用。这些主动式微波测风传感器大都采用同源观测，由发射装置和接收装置组成，工作波段多在Ku、C和L波段，线极化方式。
另外，采用全球卫星定位系统—GPS星座为多源微波信号发射源，通过航空遥感平台上搭载的GPS接收装置，可全天时、全天候、大面积连续采集监测海面GPS L1波段发射信号及散射回波信号，从而实现风场反演。
为了利用海面反射的GPS信号，进行海面风场探测，接收装置必须能够接收左旋GPS信号，并根据要求输出不同延迟时刻的相关功率；同时，还要能接收直射的右旋GPS信号，进行导航定位求解。现有GPS接收机均只有右旋GPS天线，只能接收右旋GPS信号，用于定位和测量等功能，并且一般仅具有一个射频前端，不能同时接收反射的左旋GPS信号和直射的右旋GPS信号，输出数据中也不包括不同延迟时刻的信号相关功率，不能满足上述要求。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提出一种基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，同时接收右旋GPS信号和左旋GPS信号，输出不同延迟时刻的相关功率和导航定位解，进行海面风场探测。
本实用新型是通过如下的技术方案实现的一种基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，包括右旋GPS天线、左旋GPS天线、射频前端处理器、多通道相关器、具有浮点运算能力的高速处理器、接口电路，其中，右旋GPS天线、左旋GPS天线分别通过射频前端处理器与多通道相关器连接，多通道相关器通过数据线、控制线分别与高速处理器连接，高速处理器通过其数据线与接口电路连接。
所述的右旋GPS天线接收带有导航信息的L1波段直射卫星信号，并将该信号输入到射频前端处理器，经过射频前端处理器处理后，输出数字信号到多通道相关器的上天线相关器中；所述的左旋GPS天线接收反射的GPS卫星信号，并将该信号输入到射频前端处理器，经过射频前端处理器的处理后，输出数字信号到多通道相关器的下天线相关器中。
所述的多通道相关器可配置为上天线相关器和下天线相关器两部分，分别处理直射和反射信号并将处理结果输出到高速处理器。
所述的高速处理器接收多通道相关器输出的信号，经过其上加载的软件处理形成导航信息、不同码片延迟时刻的相关功率信息，并将这些信息打包压缩后通过接口电路输出。
本实用新型还包括用于存储信息的存储器；所述的存储器为EPROM或EEPROM或闪速存储器或其组合。
本实用新型还包括状态指示装置，所述的指示装置用于工作状态的指示，可以为LED，也可以为LCD，也可以为这两种的组合。
所述的射频前端处理器为用于完成对GPS信号的下变频和A/D采样的标准模块。
所述的高速处理器为具有浮点运算能力的DSP或基于ARM内核的处理器或基于DSP和ARM双内核的处理器。
所述的接口电路为RS232接口电路或USB接口电路。
另外，所述的右旋GPS天线为通用GPS天线，左旋GPS天线的组成与右旋GPS天线相同，包括能够感应微波信号的天线体、圆极化馈电网络、匹配电路和内置的低噪声放大器，不同之处在于，所述圆极化馈电网络中的两个馈电点与天线体连接方式与右旋GPS天线相反。能够有效感应左旋圆极化的信号，所以能够接收经过海面反射左旋圆极化GPS信号。
本实用新型提供的左旋GPS天线可以接收经过反射的直射右旋GPS信号，本实用新型提供的接收机可同时接收右旋GPS信号和左旋GPS信号，输出不同延迟时刻的相关功率和导航定位解，进行海面风场探测；输出的数据还可用于土壤湿度检测、海面高度测量、海冰测量、地形测量等领域；另外，由于该接收机采用一个特殊的左旋极化波GPS接收天线，也可对反射的LHCP信号进行分析，从而对由于信号反射对GPS定位和跟踪性能的抗干扰性能进行分析。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型实施例的结构示意图；图3为本实用新型实施例的电路原理图之一；图4为本实用新型实施例的电路原理图之二；图5为本实用新型实施例的电路原理图之三；图6为本实用新型实施例的电路原理图之四；图7为本实用新型实施例的电路原理图之五。
具体实施方式
目前，采用全球卫星定位系统—GPS星座作为多源微波信号发射源，通过航空遥感平台上搭载的GPS接收装置，全天时、全天候、大面积连续采集监测海面GPS L1波段发射信号及散射回波信号，从而实现风场反演。这种异源观测模式使传感器的复杂度和成本大大下降。
而且，接收机采用扩谱技术，采用扩谱技术带来的处理增益使得GPS接收机可以接收低于背景噪声19dB的微弱信号，可以在非常微弱的信号中提取有效信息。另外，通常情况下，任何时刻都可以看到10颗或以上的卫星，大量信号源有助于GPS遥感探测精度的提高。
因此，采用全球卫星定位系统—GPS星座进行海面风场探测，可以降低传感器的复杂度和成本；采用半径为几厘米的半球天线可以接收到有效的反射信号；因此，本实用新型提出一种可以同时接收右旋GPS信号和左旋GPS信号，输出不同延迟时刻的相关功率和导航定位解的GPS接收机，用于海面风场探测。
参见图1，为本实用新型结构示意图，一种基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，包括右旋GPS天线1、左旋GPS天线2，射频前端处理器3、3’、多通道相关器4、具有浮点运算能力的高速处理器5、接口电路6，右旋GPS天线1通过射频前端处理器3与多通道相关器4连接，左旋GPS天线2通过射频前端处理器3’与多通道相关器4连接，多通道相关器4通过数据线、控制线与高速处理器5连接，高速处理器5通过数据线与接口电路6连接。
为了存储信息，还包括存储器7，为了显示本实用新型的工作状态，还包括状态指示装置8。
所述的右旋GPS天线1接收带有导航信息的L1波段直射卫星信号，并将该信号输入到射频前端处理器3，经过射频前端处理器3处理后，输出数字信号到多通道相关器4的上天线相关器中；所述的左旋GPS天线2接收反射的GPS卫星信号，并将该信号输入到射频前端处理器3’，经过射频前端处理器3’的处理后，输出数字信号到多通道相关器4的下天线相关器中。
所述的多通道相关器4可配置为上天线相关器和下天线相关器两部分，分别处理直射和反射信号并将处理结果输出到高速处理器。
所述的高速处理器5加载有处理软件，对多通道相关器4的码延迟和载波频率进行直接开环控制，能够对右旋GPS天线1和左旋GPS天线2的信号进行逐个半码延迟和互相关处理，记录多通道相关器4的输出功率，其数据通过接口电路输出。
指示装置8用于显示接收机的运行状态。
以下通过具体的实施例对本实用新型进行详细的说明。
参见图2，为本实用新型实施例的结构示意图。在本实施例中，高速处理器采用TI公司的浮点运算芯片TMS320C33 DSP 50，32位指令宽度，24位地址总线，具有高速度和高精度运算能力，最高150MFLOPS运算能力，具有34Kx32-Bit内部SRAM，采用1.8V内核和3.3VI/0供电，低功耗。
射频前端处理器30、30’采用Zarlink公司的GPS芯片GP2010，完成对GPS微波信号的三级变频，具有较强的抗干扰能力。
多通道相关器40采用GP2021，内有12个完全独立的相关器通道，双UART串口和实时时钟，与大多16位和32位处理器兼容，低电压供电，掉电低功耗模式。
右旋GPS天线10为通用型航空右旋GPS极化波天线，采用航空封装，具有抗侵蚀、抗雨雪等恶劣环境通力，最大可承受10G过载。
左旋GPS天线20的组成与右旋GPS天线10相同，包括能够感应微波信号的天线体、圆极化馈电网络、匹配电路和内置的低噪声放大器，不同之处在于，所述圆极化馈电网络中的两个馈电点与天线体连接方式与右旋GPS天线相反。
接口电路60采用RS232接口电路。
存储器70采用闪速存储器。
状态指示装置50采用LED指示灯，指示各种工作状态。
本实施例的电路图如图3-7所示如图3、图5所示，右旋GPS天线通过高频接头(电路图中SMA1)输出信号RF，与射频前端处理器IC1 GP2010的管脚29连接，输出经过下变频和A/D采样后的数字信号，通过IC1 GP2010的管脚12和13输出SIGN0和MAG0两种信号，连接到多通道相关器IC3 GP2021的管脚76和77。
如图4、图5所示，左旋GPS天线通过高频接头(电路图中SMA2)输出信号SRF，与射频前端处理器SIC1 GP2010的管脚29连接，输出经过下变频和A/D采样后的数字信号，通过射频前端处理器SIC1 GP2010的管脚12和13输出SIGN1和MAG1两种信号，连接到多通道相关器IC3 GP2021的管脚78和79。
射频前端处理器IC1、SIC1均接入10M的参考晶振信号。
如图5、图6所示，多通道相关器IC3的型号为GP2021，通过管脚76、77、78、79分别接收从射频前端处理器IC1、SIC1输出的数据，该数据分别经过其上天线相关器和下天线相关器，分别处理直射和反射信号，并将处理结果通过数据线输出到芯片U2的数据端，通过U2将多通道相关器GP2021输出数据的时序转换为与U1时序相同的数据后，输出给U1，多通道相关器GP2021的地址总线V33CA2-A9分别与高速处理器U1相连，数据总线V5GPSD0-D15、控制线V33GPSWRITE1、V33GPSSEL1、V33GPSREAD1、GPSINT1分别与U2的数据线、控制线连接。
如图6所示，高速处理器U1的型号为TMS320C33，它的第127管脚接收芯片U6的第7管脚输出的V33RESET信号，完成对U1的复位，U1的第42管脚输出V33CSTRB信号连接与芯片U6的第6管脚，通过U6的第8脚连接的指示灯指示电路运行状态。
在本实施例中，所用的存储器包括4片SRAM存储器sram1-sram4和一片闪速存储器U7，其中，每一片SRAM存储器包括16根地址线，8根数据线及各控制线，U1通过地址线V33CA0-V33CA16分别与存储器sram1-sram4的地址线连接，U1通过数据线V33CD0-V33CD31与sram1-sram4的数据线连接，U1通过控制线控制各存储器sram1-sram4。
闪速存储器U7的地址线、数据线分别与U1的地址线、数据线连接，控制线与芯片U2的对应控制线连接。
为了将经过高速处理器U1处理的信号输出，在本实用新型还设有通信接口，在本实施例中，所述的通信接口为两个RS232串行通信接口，如图5、图7所示，高速处理器U1输出信号经过多通道相关器GP2021的两个串行口TXA1、RXA1，TXB1、RXB1输出，经过电平转换芯片IC6转换后，通过接口J14、JP1输出。
为了指示状态，在本实施例中通过LED来指示状态。如图7所示，LED1指示电源，当该装置接通电源时，LED1点亮；LED2指示工作状态；LED3指示射频前端处理器IC1、SIC1的工作是否正常，如果正常，则该指示灯亮。
直射卫星信号经右旋GPS天线10接收、放大，通过SMA1接头输入与射频前端处理器IC1，经过下变频、滤波、A/D采样后产生数字信号输出到多通道相关器GP2021。在DSP处理器的控制下，经过相应的处理后结算卫星导航信号。
反射GPS左旋极化波信号经过左旋GPS天线20接收、放大，通过SMA2接头送入射频前端处理器SIC1，经过下变频、滤波、A/D采样后输出数字信号输出到多通道相关器GP2021。在DSP控制下，输出所需的不同卫星信号不同码片延迟时刻的相关功率。
延迟映射接收机计算的导航信号和不同码片延迟时刻的相关功率通过接口电路输出，经过一定的反演算法处理后计算海面风场。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，包括右旋GPS天线、射频前端处理器、具有浮点运算能力的高速处理器、接口电路，其特征在于还包括左旋GPS天线、多通道相关器；其中，右旋GPS天线、左旋GPS天线分别通过射频前端处理器与多通道相关器连接，多通道相关器分别通过数据线、控制线与高速处理器连接，高速处理器通过其数据线与接口电路连接。
2.根据权利要求1所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于还包括用于存储信息的存储器，其分别通过地址线、数据线与高速处理器连接。
3.根据权利要求2所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于所述的存储器为EPROM或EEPROM或闪速存储器或以上各种存储器的任意组合。
4.根据权利要求1所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于还包括用于指示工作状态的状态指示装置。
5.根据权利要求4所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于所述的状态指示装置为LED指示灯或LCD显示器或其组合。
6.根据权利要求1所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于所述的射频前端处理器为用于完成对GPS信号的下变频和A/D采样的标准模块。
7.根据权利要求1所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于所述的高速处理器为具有浮点运算能力的DSP或基于ARM内核的处理器或基于DSP和ARM双内核的处理器。
8.根据权利要求1所述的基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，其特征在于所述的接口电路为RS232接口电路或USB接口电路。
专利摘要本实用新型公开了一种基于全球卫星定位系统的延迟映射接收机，所述的接收机包括右旋GPS天线、左旋GPS天线、射频前端处理器、多通道相关器、具有浮点运算能力的高速处理器和接口电路；其中，右旋GPS天线、左旋GPS天线分别通过射频前端处理器与多通道相关器连接，多通道相关器分别通过数据线、控制线与高速处理器连接，高速处理器通过其数据线与接口电路连接；本实用新型提供的接收机可同时接收右旋GPS信号和左旋GPS信号，输出不同延迟时刻的相关功率和导航定位解，进行海面风场探测；输出的数据还可用于土壤湿度检测、海面高度测量、海冰测量、地形测量等领域；对由于信号反射对GPS定位和跟踪性能的抗干扰性能进行分析。
文档编号G01S7/285GK2700895SQ20042005063
公开日2005年5月18日 申请日期2004年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者杨东凯, 张益强, 陈新, 李紫薇, 胡荣磊 申请人:杨东凯, 李紫薇, 张其善