一种陆基定位系统接收机的制作方法

1.本实用新型涉及无线电定位技术领域，更具体地，涉及一种陆基定位系统接收机。


背景技术：

2.陆基定位系统是一种在基于改进的伪卫星技术设计的无线电定位系统，通过在区域内布设定位基站播发定位信号和用户终端接收并解析定位信号实现高达厘米级精度的区域定位系统。能够在卫星导航系统不可用时，在一定区域内提供高精度的定位、测速和授时服务。
3.目前陆基定位系统接收机的设计一般分为两种，一种是采用arm+fpga印刷电路板的硬件平台设计、实现。这种方法和常规的卫星导航接收机设计方法类似，便于系统工程化应用和后续专用芯片的制造。但是相对于在陆基定位系统这种起步晚，算法迭代速度极快的新技术，存在两个缺点：第一，系统调试速度慢，研发效率低，开发周期长；第二，硬件兼容性差，大部分情况下为了适应新的信号体制，升级信号处理方法和定位算法，需要对接收机的硬件重新进行设计，接收机升级成本高。
4.因此，期待一种新型的陆基定位系统接收机，满足开发人员在研究陆基定位系统接收机时对更新灵活性的要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提出一种陆基定位系统接收机，能够满足开发人员在研究陆基定位系统接收机时对更新灵活性的要求。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种陆基定位系统接收机，包括：电路背板，所述电路背板中具有供电电路，所述电路背板的表面具有多个插接口，所述插接口连接于所述供电电路；
7.通过所述插接口插接在所述电路背板上的射频电路板卡、中频信号处理电路板卡和软件处理电路板卡；
8.其中，所述射频电路板卡用于接收射频模拟信号，并对所述射频[u1] 模拟信号进行下变频为中频模拟信号；
[0009]
所述射频电路板卡通过线缆将所述中频模拟信号发送给所述中频信号处理电路板卡，所述中频信号处理电路板卡用于对接收到的所述中频模拟信号依次进行采样、将模拟信号转化为数字信号，对数字信号进行下变频和降采样，以输出符合所述软件处理电路板卡要求的基带信号；
[0010]
所述软件处理电路板卡和所述射频电路板卡以串行通信方式通信连接；所述软件处理电路板卡和所述中频信号处理电路板卡以pcie方式通信连接。
[0011]
可选方案中，所述电路背板中集成有串行通讯传输线，所述软件处理电路板卡和所述射频电路板卡通过所述电路背板中的所述串行通讯传输线实现通信连接。
[0012]
可选方案中，所述电路背板中集成有pcie通讯传输线，所述软件处理电路板卡和
所述中频信号处理电路板卡通过所述电路背板中的所述pcie通讯传输线实现通信连接。
[0013]
可选方案中，所述串行通讯传输线的端口、所述pcie通讯传输线的端口和所述插接口集成在一起。
[0014]
可选方案中，所述电路背板的插接口为vpx接口，所述射频电路板卡、中频信号处理电路板卡、软件处理电路板卡通过各自的vpx接插件插接于所述电路背板。
[0015]
可选方案中，所述接收机还包括电源板卡，所述电源板卡插接于所述电路背板，以使所述射频电路板卡、所述中频信号处理电路板卡和软件处理电路板卡通过所述电路背板进行供电。
[0016]
可选方案中，所述电源板卡通过vpx接插件插接于所述电路背板。
[0017]
可选方案中，所述中频信号处理电路板卡具有模数转换模块和fpga模块，所述模数转换模块将采样信号转化为数字信号，所述fpga模块对数字信号进行处理，实现下变频和降采样。
[0018]
可选方案中，所述中频信号处理电路板卡还具有数据缓存器件，用于临时存储数据。
[0019]
可选方案中，所述射频电路板卡具有一时钟接口，所述中频信号处理电路板卡具有一时钟接口，所述射频电路板卡的时钟接口与所述中频信号处理电路板卡的时钟接口通过线缆连接，以使所述中频信号处理电路板卡使用所述射频电路板卡的时钟。
[0020]
本实用新型的有益效果在于：
[0021]
本实用新型相比较与传统软件无线电技术设计的设备，本实用新型定位系统接收机设备具有工程使用价值。相比于传统arm+fpga印刷电路板设计的陆基定位系统接收机，这种设计更便于更新算法，完成技术升级。是能够同时折中两种设计方案优点的陆基定位系统接收机设计方案。本实用新型能够满足开发人员在研究陆基定位系统接收机时对更新灵活性的要求。
[0022]
本实用新型具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。
附图说明
[0023]
通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
[0024]
图1示出了根据本实用新型一实施例的陆基定位系统接收机结构示意图。
[0025]
图2为根据本实用新型一实施例的陆基定位系统接收机中频信号处理电路板卡原理框图。
[0026]
标号说明
[0027]
1-射频电路板卡；2-中频信号处理电路板卡；3-软件处理电路板卡；4-电路背板；5-电源板卡。
具体实施方式
[0028]
下面将更详细地描述本实用新型。虽然本实用新型提供了优选的实施例，然而应
该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0029]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0030]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0031]
本实用新型提出是在传统陆基定位系统接收机设计方法的基础上，考虑以软件无线电技术为基础配合必要的硬件设备和高性能的模块连接器，在保证区域定位系统接收机具有良好的工程应用能力的同时，满足开发人员在研究陆基定位系统接收机时对更新灵活性的要求，以适应陆基定位系统技术日新月异的发展，提升陆基定位系统接收机升级的速度和效率，降低接收机迭代成本。
[0032]
本实用新型提供了一种陆基定位系统接收机，请参照图1至图2，该陆基定位系统接收机包括：
[0033]
电路背板4，所述电路背板4中具有供电电路，所述电路背板4的表面具有多个插接口，所述插接口连接于所述供电电路；通过所述插接口插接在所述电路背板4上的射频电路板卡1、中频信号处理电路板卡2和软件处理电路板卡3；其中，所述射频电路板卡1用于接收射频模拟信号，并对所述射频[u2] 模拟信号进行下变频为中频模拟信号；所述射频电路板卡1通过线缆将所述中频模拟信号发送给所述中频信号处理电路板卡2，所述中频信号处理电路板卡2用于对接收到的所述中频模拟信号依次进行采样、将模拟信号转化为数字信号，对数字信号进行下变频和降采样，以输出符合所述软件处理电路板卡3要求的基带信号（由于下变频后数字信号的频率进一步下降，因此可以对下变频后的信号进行降采样，来降低数据量，以满足软件处理电路板卡对数据处理量的要求。）；所述软件处理电路板卡3和所述射频电路板卡1以串行通信方式通信连接；所述软件处理电路板卡3和所述中频信号处理电路板卡2以pcie方式通信连接。
[0034]
本实施例中，所述电路背板4中集成有串行通讯传输线，所述软件处理电路板卡3和所述射频电路板卡1通过所述电路背板4中的所述串行通讯传输线实现通信连接。本实施例中，所述电路背板4中集成有pcie通讯传输线，所述软件处理电路板卡3和所述中频信号处理电路板卡2通过所述电路背板4中的所述pcie通讯传输线实现通信连接。
[0035]
本实施例中，所述串行通讯传输线的端口、所述pcie通讯传输线的端口和所述插接口集成在一起。本实施例中，所述电路背板4的插接口为vpx接口，所述射频电路板卡1、中频信号处理电路板卡2、软件处理电路板卡3通过各自的vpx接插件插接于所述电路背板4。
[0036]
本实施例中，所述接收机还包括电源板卡5，所述电源板卡5插接于所述电路背板4，以使所述射频电路板卡1、所述中频信号处理电路板卡2和软件处理电路板卡3通过所述电路背板4进行供电。所述电源板卡5通过vpx接插件插接于所述电路背板4。
[0037]
本实施例中，所述中频信号处理电路板卡2具有模数转换模块和fpga模块，所述模数转换模块将采样信号转化为数字信号，所述fpga模块对数字信号进行处理，实现下变频和降采样。
[0038]
本实施例中，所述中频信号处理电路板卡2还具有数据缓存器件，用于临时存储数据。
[0039]
本实施例中，所述射频电路板卡1具有一时钟接口，所述中频信号处理电路板卡2具有一时钟接口，所述射频电路板卡1的时钟接口与所述中频信号处理电路板卡2的时钟接口通过线缆连接，以使所述中频信号处理电路板卡2使用所述射频电路板卡1的时钟。射频电路板卡1具有较高的时钟质量，中频信号处理电路板卡2的时钟质量不高，本实施例将射频电路板卡1的高质量时钟应用于中频信号处理电路板卡2中，提高了射频电路板卡1的时钟质量。
[0040]
本实用新型相比较与传统软件无线电技术设计的设备，本实用新型定位系统接收机具有工程使用价值。相比于传统arm+fpga印刷电路板设计的陆基定位系统接收机，这种设计更便于更新算法，完成技术升级。是能够同时折中两种设计方案优点的陆基定位系统接收机设计方案。本实用新型能够满足开发人员在研究陆基定位系统接收机时对更新灵活性的要求。
[0041]
本实用新型提出的以软件无线电技术为基础，配合fpga、必备的硬件电路和高性能的连接器设计的陆基定位系统接收机。不同电路板卡之间通过电路背板4采用高稳定性的vpx接插件进行连接，提高系统的稳定性，最终得到一个既能低成本、高效率实现算法、技术升级，又具备工程实用价值的小型化陆基定位系统接收机。
[0042]
由于区域定位系统定位信号发射装置发射的信号频率较高，很难直接进行采样和信号处理，需要将射频信号下变频到中频。而在现有的技术条件下，这种功能很难通过软件或者fpga实现，因此射频前端是这种改进的陆基定位系统接收机必备的硬件设备，也是陆基定位系统接收机高精度定位的基础。改进的陆基定位系统接收机采用超外差设计方式，实现单级混频下变频。由于陆基定位系统定位信号从基带信号到射频信号采用的变频方式以及信号的频率存在更改的可能性较小，因此这种基于硬件的射频电路板卡1在接收机需要升级、更新时一般不需要再做单独的设计，不会产生额外成本和时间损耗，符合本实用新型要实现的目标。
[0043]
为了保证区域定位系统信号体制有更好的调制方式时，改进的陆基定位系统接收机（硬件平台）依然能够很灵活的进行升级换代，同时也为了最大声程度上的抑制镜频干扰，射频电路板卡1输出的中频信号的频率依然高达几十兆赫兹。这个频率级别的信号采样后数据量很大，对软件平台的运算性能、数据存储能力和数据传输方式的最低带宽要求很高，接收机定位结果的实时性会很差，影响接收机的使用。为此，在改进的陆基定位系统接收机（硬件平台）中，增加了一个以fpga为主体设计的中频信号处理电路板卡2，用来完成信号的采样，降低软件平台需要处理的数据量。图2给出了中频信号处理电路板卡2的原理框图。在中频信号处理电路板卡2中，源自射频前端的信号被模数转换模块采样，形成可供fpga并行处理的中频数字信号。此后在fpga上对数字信号进行处理，实现下变频和降采样，这一部分的设计是中频信号处理电路板卡2的核心，也是本实用新型实现发明目标的关键。基于fpga可编程的特性，对数字信号进行处理，在提升信号的抗干扰能力的同时，保证当陆
基定位系统定位信号的频率、调制方式等发生变化时，可以通过调整fpga逻辑兼容新的信号。而且，fpga超强的并行运算速度，也保证了高采样率的中频信号在处理时不会产生延迟。根据奈奎斯特采样定理可知，由于下变频后数字信号的频率进一步下降，因此可以对下变频后的信号进行降采样，来降低数据量。将采样率之后的数字信号通过高传输带宽的pcie标准上传到软件处理电路板卡3。此外，为了提升系统的鲁棒性，还在中频信号处理电路板卡2中添加了数据缓存器件，软件处理电路板卡3运算速度或者pcie传输速度较低时，来不及处理的信号可以存储在中频信号处理电路板卡2中，防止接收机跟踪环路因数据丢失而发生失锁。
[0044]
虽然fpga具有可编程，运算速度快等特性，但是其程序编译速度慢，调试困难，面向升级频率低，更新次数少的中频信号处理功能没有问题，但是面向信号捕获、跟踪，定位解算这些发展速度很快的算法时效率不高，同时不同的算法可能需要不同的fpga电路板设计方式，系统升级潜在的成本高。为了应对这些问题，本实用新型在接收机中添加了软件处理电路板卡3，对于捕获、跟踪，定位解算等发展较快，升级速率较高的算法和更新全部采用软件编程实现。因此，软件处理电路板卡3成了保证接收机灵活性，低成本、高效率实现算法、功能升级的最重要的模块。区域定位系统接收机软件处理电路板卡3的主体是高性能的cpu和具有强大的并行运算能力的gpu。其中gpu的并行运算和cuda编程功能，能够加速基带信号处理过程中的相关运算，代替传统硬件中并行的相关器，提升软件信号处理的速度，保证定位结果的时效性。由于接收机基带信号处理、定位解算等功能是是接收机的核心功能，是专家、学者的重要研究方向，新的研究成果层出不穷，采用软件实现这些功能，在新的研究成果诞生时，通过软件对研究成果进行试验，对系统进行升级更新，无需重新设计硬件，节省成本；调试速度快，节省时间。
[0045]
由电源板卡5，软件处理电路板卡3，中频信号处理电路板卡2和射频电路板卡1组成，并通过软件编程实现基带信号处理，定位方程解算的接收机，在更新、升级上变得非常灵活。但是由于电路板卡增多，导致在接收机的工程适应性一定程度上下降。为了保证改进的接收机的工程实用性能，在接收机中采用vpx连接器作为数据传输的标准，相较于传统的针式连接器，pcie金手指，vpx的连接器不仅结构紧密、插入损耗小、模块连接紧密、抗震性能强，而且能在一定程度上控制接收机的体积，实现接收机的小型化，保证改进的接收机工程实用性能。
[0046]
以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。