专利名称：多模式定位信号源系统的制作方法
技术领域：
本发明属于航天器自主导航定位的技术领域，具体是指一种既能作为定位 信号发射源又能作为信号接收处理的系统。该多模式定位信号源的系统适用于 地面固定安装、机载/球载/星载、临近空间等环境下的独立定位系统或联合定 位系统，完成灵活机动和多模式的导航定位应用。 背景4支术
近十几年来，人们在伪卫星方面做了许多探索，开发了多种定位信号源设 备用于增强GPS定位的有效性、可靠性、完整性和精确性。如大坝和桥梁的变 形监测、飞机进场着陆及其一些精密应用，和在地下隧道中单独使用定位信号 源来定位等。特别是近年来GPS与惯性导航技术(INS)组合定位应用中，但 在一些特殊的工作条件下由于GPS信号会失锁或丢失，使得GPS/INS组合的导 航定位精度迅速降低，通过增加伪卫星的方法可以解决这个问题。
在伪卫星的开发和应用中，目前仍局限于伪卫星能产生类似GPS卫星信号 格式，用于模拟或实现定位信号源定位，发射功率很小。在具有导航定位功能 的终端机开发方面，许多信息技术公司需要定位信号源的信号模拟功能。在采 用伪卫星增强定位中，主要依靠设置定位信号源的PRN值和发射功率来实现定 位系统的联合与信号增强，优化几何特性，提高定位精度和系统的稳定度。因 此，目前的GPS伪卫星只是一个类似GPS信号的模拟发射源。 GPS伪卫星技术的提出也是论证GPS定位原理的实验室研究方法，由于GPS发 布并成功应用后，GPS伪卫星技术也只有少数几家单位从事研究。本发明方法所提出的多模式定位信号源虽在GPS信号的生成方面有所借鉴，但存在着更多 的创新点，如实现GPS/北斗/Galileo/GLONASS多模式信号的处理、1PPS秒脉 冲的时间同步等。在大力发展北斗定位系统的中国，提出解决在高动态环境中 的高精度三维定位和作为时间同步用的多模式定位信号源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多模式定位信号源的系统设计及其应用方法， 解决定位信号源在高动态环境中应用和作为同步定位信号源的信号反射或接 收处理应用。
本发明的系统设计方法是集成GPS/北斗/Galileo/GLONASS信号接收单 元、定位信号源信号发射单元、收发一体主控平台、前台控制软件等主要功能 模块组成所组成的收发一体系统。其中
(1) GPS/北斗/Galileo/GLONASS信号接收单元
如附
图1所示，在多模式定位信号源系统中，由接收天线l、低噪声放大 器3、下变频5、高精度温控压控晶振6、 IF下变频8、 PRN码解码9、 IF载波 生成10、 PRN码生成11、跟踪环12、导航信号接收处理单元14组成信号接收 单元，实现卫星定位信号从接收天线1进入到下变频5、 IF下变频8下变频后 捕获、跟踪和解算出定位信息。从导航信号接收处理单元14引出1PPS秒脉冲 信号给数字导航信号生成单元15进行系统内时间同步。通过收发一体主控平 台16的设置可以实现GPS/北斗/Galileo/GLONASS多模式信号的处理。
传统的GPS接收机是主要由接收天线1、低噪声放大器3、下变频5、高 精度温控压控晶振6、 IF下变频8、 IF载波生成10组成，在功能上只是完成 GPS天线信号的接收、下变频、捕获、跟踪及其解算。而在多模式定位信号源 系统中的信号接收单元的主要功能在于取出接收信号中的1PPS秒脉冲，在系统内形成时间同步的信号源。
(2) 定位信号源信号发射单元
由发射天线2、功率放大器4、高精度温控压控晶振6、上变频7、 IF上 变频13、数字导航信号生成单元15、收发一体主控平台16组成定位信号源信 号发射单元，实现由收发一体主控平台16、数字导航信号生成单元15生成的 导航定位信号，通过上变频7、 IF上变频13的上变频进行功率放大器4的功 率放大再由发射天线2向空间发射出去。通过收发一体主控平台16的设置实 现多模式信号的生成，通过前台控制软件17的设置实现静态环境的信号发射、 高动态环境的信号发射、信号同步反射等多任务配置与自适应切换。
定位信号源信号发射单元是系统硬件设计的一个核心，在功能上完成信号 源发射的链路作用，是实现多任务配置和自适应切换的硬件保障。
(3) 收发一体主控平台
收发一体主控平台16、前台控制软件17的组合是建立在DSP平台与计算 机串口 (USB等其它方式均可)通信之上的，接收导航信号接收处理单元14 传来的导航信号进行数据处理或直接注入数字导航信号生成单元15进行数字 导航信号的生成。由于多模式定位信号源在静态环境中只需要将所在位置的精 确坐标注入，在高动态环境中需要实时注入坐标，以及完成信号发射、信号同 步反射等多任务设置与自适应切换。
通过收发一体主控平台既能实时输入定位信号源的当前坐标，又能通过数 据处理来实现信号的发射或反射，是系统生成多模式定位信号、注入导航信号、 控制信号发射单元的主体控制平台。
收发一体主控平台16、前台控制软件17的组合是建立在DSP平台与计算 机串口 (USB等其它方式均可)通信之上的，接收导航信号接收处理单元14传来的导航信号进行数据处理或直接注入导航信号生成单元15进行数字导航 信号的生成。由于多模式定位信号源在静态环境中只需要将所在位置的精确坐 标注入，在高动态环境中需要实时注入坐标，以及完成信号发射、信号同步反 射等多任务设置与自适应切换。
通过收发一体主控平台既能实时输入定位信号源的当前坐标，又能通过数 据处理来实现信号的发射或反射，是系统生成多模式定位信号、注入导航信号、 控制信号发射单元的主体控制平台。
本发明的创新点在于
(1) 本发明的系统设计方法首次将GPS/北斗/Galileo/GL0NASS信号接收单 元融入定位信号源本体的设计，是实时注入定位信号源所在位置坐标的创新方 法，是地面固定定位信号源运用于机载/球载/星载的高动态环境的创新应用方 法。
(2) 信号接收单元输出的1PPS秒脉冲信号接入定位信号源信号发射单元， 实现系统内的时间同步，是信号和时间一体化的新融合方法。
(3) 多模式定位信号源在应用中可以实现信号反射、同步发射等多种任务， 基于"DSP +计算机"的系统平台是实现任务设置和自适应切换的创新设计方法。
本发明的技术效果
(1) 多模式定位信号源经接收单元直接注入所在位置的坐标后，能实现动 态环境下的定位信号发射；发射功率由功率放大器控制，可实现几十毫瓦至瓦 的数量级，信号覆盖范围1(T100公里。
(2) 接收单元接收GPS/北斗/Galileo/GLONASS信号后在内部使用1PPS 秒脉冲进行同步校准，实现时间延迟的精确计算，再经若干技术处理后多模式 定位信号源的同步误差能控制在± 50ns 。
(3) 本发明应用在静态定位系统中，可以实现高精度的三维定位，精度在厘米级；应用在动态定位系统中，可以实现分米级的三维定位精度。 附图i兌明
图1是多模式定位信号源的系统设计示意图； 图l中1——接收天线；
2——发射天线；
3——低噪声放大器；
4——功率放大器；
5——下变频；
6——高精度温控压控晶振；
7——上变频；
8——IF下变频；
9——PRN码解码；
10——IF载波生成；
11——PRN码生成；
12——跟踪环；
13——IF上变频；
14——导航信号接收处理单元；
15——数字导航信号生成单元；
16— —收发一体主控平台；
17——前台控制软件；
18——计算机。
图2是多模式定位信号源应用的系统图。
具体实施例方式参阅图2，多模式定位信号源在导航定位系统中的应用方法如下所述
(1) 便于表达，以GPS为例(支持GPS/北斗/Galileo/GLONASS)，多模式 定位信号源接收GPS卫星的信号，在定位信号源内部进行同步修正并再发射类 GPS信号，这样就能实现融入GPS系统和作为信号源的功能。
(2) 系统进入工作状态后，信号接收单元接收到多模式定位信号源所在 的高精度位置信号，同时也能提取1PPS秒脉冲信号；通过收发一体主控平台 设置的GPS/北斗/Galileo/GLONASS生成信号与导航信号注入信号发射单元， 在发射功率和信号兼容匹配的情况下实现多模式信号处理、发射与反射功能； 系统内部也在1PPS秒脉冲的作用下得到时间同步和系统时序的精准。
(3) 3个定位信号源反射一个卫星信号至一个用户接收机。在这种情况下， 最优几何图形(D0P最小)是多模式定位信号源形成一个等边三角形。从几何 的角度，定位卫星位于三角形中心点上空的无穷远处，用户接收机的位置设置 在由等边三角形的中心点和定位卫星构成直线的某处。这种情况下，D0P是从 任何多模式定位信号源所看的用户接收机仰角的函数。如果仰角较大，几何形 状接近于多模式定位信号源、用户接收机和定位卫星在一条直线上的情况，这 是一种几何分布的极限。如果多模式定位信号源位于定位卫星与用户接收机中 间，那么反射的信号与信号直接传播的距离相等。在离多模式定位信号源的任 何地方测量的差分伪距均为零，这个特殊的测量值对导航求解没有意义，因为 它的几何矢量为零。
权利要求
1.一种多模式定位信号源系统，它由GPS/北斗/Galileo/GLONASS信号接收单元、定位信号源信号发射单元、收发一体主控平台(16)、前台控制软件(17)等主要功能模块组成，既能作为定位信号发射源又能作为信号接收处理器，其特征在于A.所述的信号接收单元由接收天线(1)、低噪声放大器(3)、下变频(5)、高精度温控压控晶振(6)、IF下变频(8)、PRN码解码(9)、IF载波生成(10)、PRN码生成(11)、跟踪环(12)、导航信号接收处理单元(14)组成，卫星定位信号从接收天线(1)进入到下变频(5)、IF下变频(8)下变频后捕获、跟踪和解算出定位信息。从导航信号接收处理单元(14)引出1PPS秒脉冲信号给数字导航信号生成单元(15)进行系统内时间同步。通过收发一体主控平台(16)的设置可以实现GPS/北斗/Galileo/GLONASS多模式信号的处理；B.所述的定位信号源信号发射单元由发射天线(2)、功率放大器(4)、高精度温控压控晶振(6)、上变频(7)、IF上变频(13)、数字导航信号生成单元(15)、收发一体主控平台(16)组成，由收发一体主控平台(16)、数字导航信号生成单元(15)生成的导航定位信号，通过上变频(7)、IF上变频(13)的上变频进行功率放大器(4)的功率放大再由发射天线(2)向空间发射出去，通过收发一体主控平台(16)的设置实现多模式信号的生成，通过前台控制软件(17)的设置实现静态环境的信号发射、高动态环境的信号发射、信号同步反射等多任务配置与自适应切换。
2. 根据权利要求1所述的一种多模式定位信号源系统，其特征在于所 述的收发一体主控平台(16)与前台控制软件(17)的组合是建立在DSP平台 与计算机串口或USB通信方式之上的，接收导航信号接收处理单元(14)传来的导航信号进行数据处理或直接注入数字导航信号生成单元(15)进行数字导 航信号的生成。
全文摘要
本发明公开了一种既能在高动态环境下作为定位信号发射源又能作为定位信号同步的系统，它至少包括GPS/北斗/Galileo/GLONASS信号接收单元、定位信号源信号发射单元、收发一体主控平台、前台控制软件等主要功能模块组成，集成一个多模式定位信号源的系统整体。前瞻性地将接收单元的1PPS秒脉冲信号融入定位信号源设计中，在系统内解决了多模式定位信号源的时间同步问题；通过收发一体主控平台既能实时输入定位信号源的当前坐标，又能通过数据处理来实现信号的发射或反射，是定位信号源技术在空间导航定位领域的拓展研究和系统设计的新方法。
文档编号G01S5/14GK101408606SQ20081020338
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者雷 张, 宁 戴, 王建宇 申请人:中国科学院上海技术物理研究所