专利名称：一种模块化的卫星导航定位装置及方法
技术领域：
发明涉及一种模块化的卫星导航定位装置及方法，属于卫星导航解算和 定位设备制造的技术领域。
背景技术：
现在国内国际市场上的导航定位产品都是结合某一特定的GPS卫星导 航芯片的一体产品，这种产品的特点是
① 使用GPS专有基带芯片或导航芯片，集成有导航模块。
② 导航解算由导航芯片实现或由导航模块硬件实现。 随着人们对导航解算的可靠性、可用性和导航解算算法的可定制性等要
求不断提高，单一的导航系统已经越来越不能满足人们对导航性能的需求。 目前，俄罗斯的GLONASS系统正在重建；欧洲的Galileo系统已经完成了 4支术论证和平台测试阶段，中国二代导航系统也将在2020年前建成。美国 GPS —统天下的格局不久将被打破，未来的GNSS市场将会是一种各种导航 系统共存且相互合作的局面。
正因如此，目前的卫星导航系统终端存在的问题也体现出来
① 只支持GPS单一基带芯片或导航芯片，不支持对其他卫星导航芯片 的支持。
② 导航解算由GPS基带芯片或导航芯片硬件集成，柔性差，不可定制、 修改导航解算算法。
导航终端多为一体机产品，单一的导航解算产品多依附于卫星导航芯 片，不是独立产品，这也注定了其无法支持其他卫星导航星座的基带芯片。
发明内容
技术问题
为了解决导航解算依附于单一卫星基带或导航芯片，导航解算算法的不 可修改定制和导航解算非专有产品等对不同卫星芯片的不兼容，硬件实现解 算造成的算法不可定制修改等，造成的导航产品扩展的局限性等不足，本发 明的目的是提供一种支持多卫星系统基带芯片的导航解算定位装置及方法， 该装置能兼容不同的卫星系统基带模块，导航解算算法软件实现，并可修改 定制，基于ARM平台的独立导航解算专有装置。 技术方案
一种模块化的卫星导航定位装置，其特征在于包括电源模块、稳压与电 平转换模块、ARM解算控制模块、接口模块、LCD显示模块、卫星天线、 射频前端和卫星基带芯片模块，其中电源转换模块的输出端分别接稳压与电 平转换模块、ARM解算控制模块和LCD显示模块的输入端，稳压与电平转 换模块的输出端接卫星基带芯片模块的输入端，天线串接射频前端后接卫星 基带芯片模块的输入端，卫星基带芯片模块和ARM解算控制模块分别与接 口模块双向连接，ARM解算控制模块的输出端接LCD显示模块的输入端。
所述的一种模块化的卫星导航定位装置的解算方法，其特征在于包括如 下步骤
a)采用天线接收卫星信号，并将卫星信号依次经过射频前端和卫星基 带芯片模块解调得到原始导航数据位和伪码起始点采样值；
b )将步骤a所述的原始导航数据位经过ARM解算控制模块确认导航数 据前同步位、得到各颗卫星的星历数据；c )将步骤a所述的伪码起始点采样值经过ARM解算控制模块得到伪距
值；
d )将步骤b所述的星历数据和步骤c所述的伪距值经过ARM解算控制 模块纠正卫星发射起始时间的时钟偏差值；
e)将步骤d所述的经过纠正的星历数据和伪距值经过最小二乘法得到 用户信息并通过LCD显示模块显示。
有益效果
① 兼容性强本发明的卫星导航解算装置，提供标准接口可兼容不同卫 星系统的基带模块。
② 独立产品本发明的导航解算装置，是独立于卫星导航^莫块的产品。 可针对不同卫星系统采用相应的卫星导航模块，可极大扩展产品的适用性。
③ 可重用性软件实现导航解算可在原先硬件&出上，为将来新的导航 解算算法或改进算法的引入提供方便的升级方式，避免了硬件升级造成的过 高的成本。
本发明能广泛应用于各层领域，既可供普通用户日常使用、也可以供科 研单位或院所以及公司开发使用。
图l是本发明的结构框图。其中有电源转换模块，电平转换模块，ARM 解算控制模块，接口部分，LCD显示模块，卫星天线，射频前端和卫星基带 芯片模块。
图2是本发明的导航解算流程示意图。
图3是本发明的软件算法流程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明
附图1中的卫星天线、射频前端和基带芯片模块接收卫星信号，并将主 控ARM9核心进行通讯，是成熟的产品在本系统中加以应用。
电源模块使用锂电池对基带模块、ARM解算控制模块和LCD显示模 块等供电，使用电源转换对对各模块提供电源。
稳压与电平转换模块将提供给基带模块的电源进行精细稳压，并转换
电平到基带模块需要的电压值。
ARM解算控制模块运行整个控制系统软件和导航解算程序，是控制 软件载体和算法处理核心。
标准接口是连接基带芯片模块和ARM解算控制模块，并负责两者间 通信的通讯4妄口。
LCD显示模块接收来在ARM解算控制沖莫块传来的解算结果，将用户 坐标、高程等信息显示在LCD屏幕上。
天线、射频前端和基带模块接收卫星信号部分，经基带解调得到导航 数据位等信息供ARM解算控制模块使用。原配采用的是成熟的GPS基带芯 片，这一部分在产品中是可选配的，根据不同要求可采用市场上成熟的基带 模块、射频前端和卫星接收天线。
本发明采用标准接口支持不同卫星系统的专有基带模块，设计支持对标 准接口的驱动程序。用较大容量加装电路保护的锂电池进行供电，以电源转 换模块将电池电压转到5V，对ARM微电脑控制系统，系统显示模块和标准 接口中的基带模块进行供电。GPS基带芯片接收来自天线的卫星信号，将数据原始导航数据位送到ARM微电脑控制系统进行导航解算数据处理，将通 过导航解算的用户位置信息高程差及速度时间等信息发送到显示模块，提供 信息^M吏用者。这样，完成了位置信息的实时采集和用户位置等信息的反々贵。
在图2中的是导航解算流程示意图卫星基带芯片为ARM解算控制程 序提供原始导航数据位和伪码起始点采样值；导航数据经前同步位校-验，寻 找导航数据的起始点，经奇偶校验验证，自起始点开始的导航数据；由导航 数据计算跟踪到的各颗卫星的星历数据，并存储到存储器，经一定时间更新 星历数据；由基带芯片提供的伪码起始点采样值计算伪距值；由星历数据和 伪距值计算卫星坐标和用于纠正卫星发射起始时间的时钟偏差值；采用最小 二乘法可计算大于等于4颗卫星情况下的用户位置等信息的计算。
如图3所示，ARM9平台可采用WINCE和Linux操作系统，ARM解 算控制软件是平台上的一个应用软件，其流程如下软件启动需要对该软件 进行初始化设置。由于不同的基带模块都有其信号特征，由软件判断属于哪 一卫星系统，并选择对应的导航解算程序；卫星系统确定后，通过4欠件输入 参数，如数字中频、采样频率和串口参数波特率等；运行读串口子程序，将 串口数据输入緩存;ARM导航解算程序读緩存数据，执行实时解算，以200ws 为周期将解算结果，发送到LCD显示子程序；LCD子程序将^I妄收到的结果 显示到LCD上，并每200附s更新显示解算结果；软件提供更 文基带模块或 修改相关设置的参数选项，若处于激活状态则返回程序初始阶段进行初始化 设置，否则继续读串口进行导航解算。
权利要求
1、一种模块化的卫星导航定位装置，其特征在于包括电源模块、稳压与电平转换模块、ARM解算控制模块、接口模块、LCD显示模块、卫星天线、射频前端和卫星基带芯片模块，其中电源转换模块的输出端分别接稳压与电平转换模块、ARM解算控制模块和LCD显示模块的输入端，稳压与电平转换模块的输出端接卫星基带芯片模块的输入端，天线串接射频前端后接卫星基带芯片模块的输入端，卫星基带芯片模块和ARM解算控制模块分别与接口模块双向连接，ARM解算控制模块的输出端接LCD显示模块的输入端。
2、 一种基于权利要求1所述的一种模块化的卫星导航定位装置的解算 方法，其特征在于包括如下步骤a)采用天线接收卫星信号，并将卫星信号依次经过射频前端和卫星基 带芯片才莫块解调得到原始导航数据位和伪码起始点采样值；b )将步骤a所述的原始导航数据位经过ARM解算控制模块确认导航数 据前同步位、得到各颗卫星的星历数据；c )将步骤a所述的伪码起始点采样值经过ARM解算控制模块得到伪距值；d )将步骤b所述的星历数据和步骤c所述的伪距值经过ARM解算控制 模块纠正卫星发射起始时间的时钟偏差值；e)将步骤d所述的经过纠正的星历数据和伪距值经过最小二乘法得到 用户信息并通过LCD显示模块显示。
3、 根据权利要求2所述的一种模块化的卫星导航定位装置的解算方法，其特征在于步骤b所述的卫星个数为大于等于4。
全文摘要
本发明公布了一种模块化的卫星导航定位装置及方法，属于卫星导航解算和定位设备制造的技术领域。本发明所述装置由电源模块，稳压和电平转换模块，ARM解算控制模块，接口部分，LCD显示模块，卫星天线，射频前端和卫星基带芯片模块等组成，其中射频前端和卫星基带芯片模块可更换其他类型的芯片模块。本发明所述方法包括卫星基带芯片为ARM解算控制程序提供原始导航数据位和伪码起始点采样值；导航数据经前同步位校验，经奇偶校验验证，自起始点开始的导航数据；由导航数据计算跟踪到的各颗卫星的星历数据；由基带芯片提供的伪码起始点采样值计算伪距值；由星历数据和伪距值计算卫星坐标和用于纠正卫星发射起始时间的时钟偏差值；采用最小二乘法可计算用户信息。本发明兼容性强、通用性广。
文档编号G01S1/00GK101592720SQ20091003356
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者曹耀传, 潘树国, 庆 王 申请人:东南大学