单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法及实现该方法的装置制造方法
【专利摘要】单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法及实现该方法的装置，涉及射频通信以及卫星导航领域。它是为了简化多频多系统采集设备结构，降低采样频率，从而达到降低采样器设备成本的目的。其方法是：通过有源天线接收N个频点为fc_i的卫星导航信号，并经过一级低噪声放大器后送入混频器；采用晶体振荡器产生晶振信号并经倍频处理后送入混频器；采用混频器将获得的GNSS放大后信号分别与晶振信号在选定的混频频率下进行混频，获得GNSS中频信号；采用中频滤波器对获得的GNSS中频信号进行中频滤波；将获得的中频滤波后的信号进行模数转换后输出。本发明适用于采集多频点多系统卫星导航信号。
【专利说明】单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法及实现该方法的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频通信以及卫星导航领域。
【背景技术】
[0002]随着卫星导航技术(如GPS)的日趋成熟，其应用正在迅速进入人们的日常生活。由于其重要性逐步被世界范围所认可，多个卫星导航系统已经建成或正在完善。
[0003]当前世界上的导航卫星系统主要有:美国的GPS系统、俄罗斯的GL0NASS系统、欧盟的GALILEO系统以及我国的北斗二代系统。各个系统不仅信号格式不同，也有着不同的频点，但均集中在1.2GHz与1.5GHzο
[0004]随着多系统卫星导航系统(GNSS)的不断发展，单独的卫星导航系统已远不能满足社会生产和生活的需要，卫星导航定位将进入一个多系统并用、多技术融介的新的发展阶段。多信号组合的GNSS接收机已经成为了一种趋势，比如GPS的L1、L2C的组合对于消除电离层的干扰有着很好的效果；GPS和GL0NASS的组合则可以增加可视卫星的数量，显著提高微弱信号的捕获性能，其中兼容性成为GNSS接收机多系统集成的症结所在。
[0005]显著提高微弱信号的捕获性能，其中兼容性成为GNSS接收机多系统集成的症结所在。GNSS空间信号的兼容主要是通过共用中心频率以及频谱重叠来实现的，对于中心频率相同的导航信号，接收机可以采用相同的射频前端来实现导航定位；然而当利用中心频率存在差异的卫星信号进行组合定位时，射频前端的信号兼容问题是很难解决的，这也是目前利用单一射频前端完成多信号接收的研究热点。
[0006]不同GNSS系统信号频点不同，信号格式不同，甚至同一系统也存在不同的频点信号，同时处理多个系统，相当于提高空中可见星数目，能有效的提高定位精度。同时处理多个频点，能有效补偿电离层带来的误差，从而提高精度。可见卫星导航接收机的多系统多频处理能力，直接关系到其定位精度。
[0007]假设需要采集η个频点的信号，每个频点的中心频率为G，带宽为Bi,多频采集的困难在于L本身较高，分布在1.2GHz与1.5GHz附近，而不同频点间有一定的距离。典型的数据如 GPS 的 LI 信号:fe=1575.42MHz，B=2MHz，而北斗二代 BI 的 fe=1561.098MHz，B=4MHz。
[0008]传统多模多频接收机，有不同的射频通路来处理不同频率，每个通路处理一个，成本与体积都较大。而通路设计为先进行下变频，再对中频信号进行基带采样，获得所需的信号。
[0009]以及最近出现的直接射频采样方案，不进行下变频，直接通过ADC对放大后的射频信号进行带通采样，此方法仅需要一套射频链路与ADC，但对于链路通频带与ADC通频带要求非常苛刻，必须是射频级别的，故成本高，而且对于采样频率抖动也有较高要求，实现起来非常困难。
【发明内容】
[0010]本发明是为了降低采集多频点多系统卫星导航信号的采样频率的问题，从而提供一种单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法及实现该方法的装置。
[0011]单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法，它由以下步骤实现:
[0012]步骤一、通过有源天线接收N个频点为f。i的卫星导航信号，并经过一级低噪声放大器后送入混频器；
[0013]步骤二、采用晶体振荡器产生晶振信号并经倍频处理后得到本振信号，送入混频器；
[0014]步骤三、采用混频器将步骤一获得的GNSS放大后信号分别与步骤二的本振信号进行混频，获得GNSS中频信号；
[0015]步骤四、采用中频滤波器对步骤三获得的GNSS中频信号进行中频滤波，获得滤波后的中频信号；
[0016]步骤五、将步骤四获得的滤波后的中频信号以采样率fs进行模数转换，获得中频采样数据，完成单射频前端的多频点多系统卫星导航信号的采集。
[0017]步骤五中所述的采样频率fs的选择方法具体为:
[0018]步骤Al、根据N个频点所要求fs」的范围，获得fs」的覆盖的公共区间fs。；所述fsi满足:
【权利要求】
1.单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法，其特征是:它由以下步骤实现: 步骤一、通过有源天线接收N个频点为f。i的卫星导航信号，并经过一级低噪声放大器后送入混频器； 步骤二、采用晶体振荡器产生晶振信号并经倍频处理后得到本振信号，送入混频器； 步骤三、采用混频器将步骤一获得的GNSS放大后信号分别与步骤二的本振信号进行混频，获得GNSS中频信号； 步骤四、采用中频滤波器对步骤三获得的GNSS中频信号进行中频滤波，获得滤波后的中频信号； 步骤五、将步骤四获得的滤波后的中频信号以采样率fs进行模数转换，获得中频采样数据，完成单射频前端的多频点多系统卫星导航信号的采集。
2.根据权利要求1所述的单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法，其特征在于步骤五中所述的采样频率fs的选择方法具体为: 步骤Al、根据N个频点所要求fs」的范围，获得fs」的覆盖的公共区间fs。；所述fs」满足:
3.根据权利要求2所述的单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法，其特征在于步骤A2获得的采样速率fs的区间根据接收机的后续基带处理复杂度、信号质量、功耗，以及元件选择的要求，对采样频率进行优化。
4.根据权利要求1所述的单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的方法，其特征在于步骤二中选定本振信号f1.0的选择方法具体为: 步骤B1、根据N个频点为fs-i中的最大值fh和最小值f1，并相减，确定频谱范围，作为基准带宽B ； 步骤B2、将所有的频点的信号带宽Bi相加，乘以2再加上保护带宽N*B0, B0的取值为1MHz，获得采样率的最小值f ； 步骤B3、根据公式:
5.实现权利要求1的单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的装置，其特征是:它包括有源天线(1)、低噪声放大器(2)、混频器(3)、中频滤波器(4)、ADC模数转换器(5)、晶体振荡器(6)和倍频器(7); 所述有源天线(1)的信号输出端与低噪声放大器(2)的信号输入端连接；所述低噪声放大器(2)的信号输出端与混频器(3)的一号信号输入端连接；晶体振荡器(6)的晶振信号输出端与倍频器(7)的信号输入端连接；所述倍频器(7)的信号输出端与混频器(3)的二号信号输入端连接；混频器(3)的混频信号输出端与中频滤波器(4)的混频信号输入端连接；所述中频滤波器(4)的中频滤波信号输出端与ADC模数转换器(5)的模拟输入端连接；所述ADC模数转换器(5 )的数字输出端是中频采样数据输出端。
6.根据权利要求5所述的单射频前端采集多频点多系统卫星导航信号的装置，其特征在于中频滤波器(4)为带通滤波器。
【文档编号】G01S19/33GK103885072SQ201410148247
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】伊国兴, 侯振环, 魏振楠, 奚伯齐, 李清华 申请人:哈尔滨工业大学