一种基于Inmarsat系统的星基增强接收机的制作方法

本发明涉及gnss测量领域，尤其涉及一种基于inmarsat系统的星基增强接收机。

背景技术：

星基增强系统是目前主要的gnss增强系统之一。相比于局域差分系统，该系统大大降低了差分定位精度对于基线长度的依赖，同时由于基于同步轨道卫星的播发方式，使其能够对无网络、地面无线电站无法覆盖的区域依然能够提供差分服务，并且接收机无需增加额外的无线电接收设备接收差分信息。而inmarsat通信卫星系统自1979年发展运行至今，因其自身系统建设完善，空间卫星资源丰富以及商业运营成熟等特点，可以被认为是一种良好的星基增强系统的空间转发平台。尤其对于公司个体而言，可以通过架设基站、租用inmarsat卫星平台的方式，可以以合理的成本建立适用于自身的gnss增强系统。这要求gnss导航接收机在接收导航信号的同时还要兼容inmarsat通信卫星广播信号的接收。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于inmarsat系统的星基增强接收机，包括

射频前端模块，所述射频前端模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器和gnss射频芯片，所述射频前端模块用于实现gnss射频信号和inmarsat射频信号的接收、滤波、下变频和模数转换，所述的射频前端模块将由天线接收到的gnss射频信号和inmarsat射频信号进行放大和滤波后变换到数字中频信号，并交由基带信号处理模块做进一步处理；

基带信号处理模块，用于接收数字中频信号，所述基带信号处理模块包括fpga芯片、dsp芯片，

fpga芯片具有信号快捕电路、环路跟踪电路、fft信号检测电路和inmarsat信号跟踪电路，

信号快捕电路对gnss信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获gnss信号，环路跟踪电路对捕获的gnss信号进行进行载波跟踪/伪码跟踪；

fft信号检测电路用于采集inmarsat信号，inmarsat信号跟踪电路用于对inmarsat信号进行载波跟踪，并输出伪距观测量、载波观相位测量；

dsp芯片包括第一位同步电路、第一帧电文提取电路和第二同步电路、第二帧电文提取电路，第一位同步电路用于对环路跟踪电路进行过载波跟踪/伪码跟踪的gnss信号进行同步，并发送到第一帧电文提取电路进行电文提取以输出导航电文，第二同步电路用于对inmarsat信号跟踪电路进行过载波跟踪的inmarsat信号进行同步，并发送到第二帧电文提取电路进行电文提取以输出修正数据；

导航解算模块，根据获得的伪距观测量、载波观相位测量、导航电文以及修正数据进行导航定位解算，输出定位结果。

上述的基于inmarsat系统的星基增强接收机，其中，信号捕获电路使用基于fft补偿的分段匹配滤波器的快捕方法对gnss信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获gnss信号。

上述的基于inmarsat系统的星基增强接收机，其中，环路跟踪电路利用载波锁频环、载波锁相环以及码锁相环对gnss信号进行跟踪。

上述的基于inmarsat系统的星基增强接收机，其中，fft信号检测电路使用fft信号检测方法对由inmarsat信号的数字中频信号经平方组合后得到的复数载波信号进行信号检测并解算后得出多普勒频偏参数，以获取inmarsat信号；

成功获取inmarsat信号后，再将获取inmarsat信号进行积分降采样，采样速率降到inmarsat数据符号率的八倍后，发送至inmarsat信号跟踪电路进行载波同步处理。

上述的基于inmarsat系统的星基增强接收机，其中，完成载波同步后，inmarsat基带信号处理通道进行位同步处理；

在位同步处理中采用gardner位同步算法对inmarsat信号中的位定时同步信息进行提取，以获得正确的比特信息，同时在获得同步信息后对之前积分将采样的积分起始位置进行调整，以此减少相干积分跨比特沿的情况。

上述的基于inmarsat系统的星基增强接收机，其中，当完成位同步之后，第二帧电文提取电路进行帧同步、viterbi译码、去加扰以及有效用户数据提取操作以输出定位修正量。

上述的基于inmarsat系统的星基增强接收机，其中，所述导航解算模块利用inmarsat信号处理通道输出的定位修正量对伪距观测量、载波观相位测量进行修正，再利用最小二乘方法或卡尔曼滤波方法进行导航定位解算，输出最终的导航定位解算结果。

本发明的优点在于：

1、本发明设计的接收机摆脱了局域差分系统导航精度对于基线长度的依赖性，只要能稳定接收卫星信号，即可在全球范围内实现高精度导航定位。

2、本发明采用的射频前端模块和基带信号处理模块能够接收和处理gps/glonass/bdii三导航系统全频点导航信号，这将显著提升本发明设计的接收机的导航定位的连续性和有效性。此外，该模块采用集成设计，能有效降低功耗。

3、本发明采用inmarsat基带信号处理多通道设置，以实现对不同inmarsat通信卫星的跟踪，实现接收机在跨inmarsat系统覆盖区域时仍能不间断稳定获取修正数据的功能。

4、本发明在不改变通用导航接收机系统结构的前提下，加入inmarsat信号解调解码的处理，提高了本接收机设计的兼容性。同时，在inmarsat信号位同步方法中采用gardner算法这种基于差值滤波器的全数字同步算法，不用实时调整采样时钟，减轻了模块间的交互负担，降低了系统实现的复杂程度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明提供的一种基于inmarsat系统的星基增强接收机的简要示意图；

图2为本发明进行定位解算的原理图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供了一种基于inmarsat系统的星基增强接收机，包括

射频前端模块，所述射频前端模块包括天线、前置低噪声放大器、前置滤波器和gnss射频芯片，所述射频前端模块用于实现gnss射频信号和inmarsat射频信号的接收、滤波、下变频和模数转换，所述的射频前端模块将由天线接收到的gnss射频信号和inmarsat射频信号进行放大和滤波后变换到数字中频信号，并交由基带信号处理模块做进一步处理；

基带信号处理模块，用于接收数字中频信号，所述基带信号处理模块包括fpga芯片、dsp芯片，

fpga芯片具有信号快捕电路、环路跟踪电路、fft信号检测电路和inmarsat信号跟踪电路，

信号快捕电路对gnss信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获gnss信号，环路跟踪电路对捕获的gnss信号进行进行载波跟踪/伪码跟踪；

fft信号检测电路用于采集inmarsat信号，inmarsat信号跟踪电路用于对inmarsat信号进行载波跟踪，并输出伪距观测量、载波观相位测量；

dsp芯片包括第一位同步电路、第一帧电文提取电路和第二同步电路、第二帧电文提取电路，第一位同步电路用于对环路跟踪电路进行过载波跟踪/伪码跟踪的gnss信号进行同步，并发送到第一帧电文提取电路进行电文提取以输出导航电文，第二同步电路用于对inmarsat信号跟踪电路进行过载波跟踪的inmarsat信号进行同步，并发送到第二帧电文提取电路进行电文提取以输出修正数据；

导航解算模块，根据获得的伪距观测量、载波观相位测量、导航电文以及修正数据进行导航定位解算，输出定位结果。

在本发明一可选的实施例中，信号捕获电路使用基于fft补偿的分段匹配滤波器的快捕方法对gnss信号的传输延迟和多普勒频偏这两个信号参数进行解算以捕获gnss信号。

在本发明一可选的实施例中，环路跟踪电路利用载波锁频环、载波锁相环以及码锁相环对gnss信号进行跟踪。gnss基带信号处理通在码锁相环中使用窄相关技术和strobe相关器技术抑制多径信号对观测量的影响。

在本发明一可选的实施例中，fft信号检测电路使用fft信号检测方法对由inmarsat信号的数字中频信号经平方组合后得到的复数载波信号进行信号检测并解算后得出多普勒频偏参数，以获取inmarsat信号；

成功获取inmarsat信号后，再将获取inmarsat信号进行积分降采样，采样速率降到inmarsat数据符号率的八倍后，发送至inmarsat信号跟踪电路进行载波同步处理。

在本发明一可选的实施例中，完成载波同步后，inmarsat基带信号处理通道进行位同步处理；

在位同步处理中采用gardner位同步算法对inmarsat信号中的位定时同步信息进行提取，以获得正确的比特信息，同时在获得同步信息后对之前积分将采样的积分起始位置进行调整，以此减少相干积分跨比特沿的情况。

在本发明一可选的实施例中，当完成位同步之后，第二帧电文提取电路进行帧同步、viterbi译码、去加扰以及有效用户数据提取操作以输出定位修正量。

在本发明一可选的实施例中，所述导航解算模块利用inmarsat信号处理通道输出的定位修正量对伪距观测量、载波观相位测量进行修正，再利用最小二乘方法或卡尔曼滤波方法进行导航定位解算，输出最终的导航定位解算结果。

可选的，gnss射频芯片可选用导航通用射频芯片max2769。

实施例一

下面就图1和图2所输出的一个实施例对本发明提供了一种接收机设计方案进行进一步的描述。图1所示的是该设计的系统硬件结构主要包括射频前端模块11、fpga芯片12和dsp芯片13。射频前端模块11向fpga芯片12输出gnss数字中频信号和inmarsat数字中频信号，fpga芯片12对这些信号进行载波和伪码跟踪，并将剥离了载波和伪码后的数据输出至dsp芯片13，dsp芯片13进行后续的位同步、帧同步、电文提取和导航解算处理。

图2所示的是gnss信号和inmarsat信号的基带处理流程。由于inmarsat信号体制与gnss信号体制的不同，相应的基带处理流程也有区别。

针对gnss信号，fpga芯片12首先由信号快捕电路22对gnss信号进行捕获，估计该信号的多普勒和码相位参数；环路跟踪电路23根据估计出的参数进行载波和伪码的跟踪，并将生成的伪距和载波相位观测量输出至导航解算模块26；完成跟踪后，由dsp芯片13的第一位同步电路24使用直方图法进行位同步处理，获得正确的比特信息，并输出至第一帧电文提取电路25；第一帧电文提取电路25依据gnss信号的电文格式从获得的比特信息中提取导航电文，并将其输出至导航解算模块26。

针对inmarsat信号，fpga芯片12首先由fft信号检测电路27对inmarsat信号进行检测并估计其多普勒参数；inmarsat信号跟踪电路28根据估计出的参数进行载波跟踪；完成跟踪后，由dsp芯片13的第二同步电路29使用gardner算法进行位定时同步信息的提取，向第二帧电文提取电路30输出正确的比特信息，同时将位定时信息反馈至跟踪模块28，用以调整相干积分起始点；第二帧电文提取电路30依据inmarsat信号电文格式从获得的比特信息中提取修正数据，并输出至导航解算模块26。

最终，导航解算模块30根据获得导航电文、伪距和载波相位观测量以及修正数据进行导航定位解算，输出定位结果。

本发明的优点在于：

1、本发明设计的接收机摆脱了局域差分系统导航精度对于基线长度的依赖性，只要能稳定接收卫星信号，即可在全球范围内实现高精度导航定位。

2、本发明采用的射频前端模块和基带信号处理模块能够接收和处理gps/glonass/bdii三导航系统全频点导航信号，这将显著提升本发明设计的接收机的导航定位的连续性和有效性。此外，该模块采用集成设计，能有效降低功耗。

3、本发明采用inmarsat基带信号处理多通道设置，以实现对不同inmarsat通信卫星的跟踪，实现接收机在跨inmarsat系统覆盖区域时仍能不间断稳定获取修正数据的功能。

4、本发明在不改变通用导航接收机系统结构的前提下，加入inmarsat信号解调解码的处理，提高了本接收机设计的兼容性。同时，在inmarsat信号位同步方法中采用gardner算法这种基于差值滤波器的全数字同步算法，不用实时调整采样时钟，减轻了模块间的交互负担，降低了系统实现的复杂程度。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。