[发明专利]一种北斗卫星导航系统选星定位设备

摘要

本发明公开了一种北斗卫星导航系统选星定位设备，属于卫星导航技术领域。该设备的北斗信号处理单元用于接收北斗卫星导航系统信号，并完成由射频到中频信号的前置放大、带通滤波、模数转换及自动增益控制，北斗信息解算单元用于完成北斗接收机本地位置、速度、钟差和频漂信息解算。该设备采用时频二维FFT信号捕获、高阶环路跟踪、比特及帧同步等信号处理技术，同时结合北斗可见卫星预测、失锁重捕、北斗快速选星等技术，通过北斗快速选星技术能够降低北斗导航接收机信息解算过程中跟踪卫星的通道数，极大降低了接收机处理器的运行空间及存储空间需求，进一步降低了接收机运算处理时间，提高了接收机实时性PVT定位解算性能。

主权项

一种北斗卫星导航系统选星定位设备，包括北斗信号处理单元（A）和北斗信息解算单元（B），其特征在于：所述北斗信号处理单元（A）包括北斗天线（A01）、中频模块（A02）、滤波器（A03）、放大器（A04）、自动增益控制器（A05）、中频信号采集器（A06）、伪随机码发生器（A07）、NCO控制器（A08）、混频器I（A09），相关器I（A10）、混频器Q（A11）、相关器Q（A12）、时频二维FFT模块（A13）、捕获控制模块（A14）、跟踪模块（A15）、同步模块（A16）和导航电文提取模块（A17）；所述北斗天线（A01）用于接收北斗卫星导航系统B1和B2频点信号，并将接收到的信号传输至中频模块（A02）；所述中频模块（A02）连接至滤波器（A03），其中滤波器（A03）采用带通滤波器，过滤掉北斗卫星导航信号带外噪声；所述滤波器（A03）连接至放大器（A04），所述放大器（A04）将通过带通滤波器后的北斗导航信号进一步放大；所述放大器（A04）连接至自动增益控制器（A05），所述自动增益控制器（A05）用于将北斗导航信号强度控制在适当范围内，防止北斗导航信号强度落入放大器的非线性区；所述自动增益控制器（A05）连接至中频信号采集器（A06），所述中频信号采集器（A06）将北斗天线（A01）所接收的北斗卫星导航系统B1和B2频点信号转换为数字中频信号，实现模数转换及下变频滤波放大处理；所述中频信号采集器（A06）同时连接至混频器I（A09）和混频器Q（A11），用于将北斗导航信号与本地产生的正弦余弦码表进行混频运算；所述混频器I（A09）与所述NCO控制器（A08）产生的正弦表连接，所述混频器Q（A11）与所述NCO控制器（A08）产生的余弦表连接，用于将本地NCO控制器（A08）产生的正弦余弦码表与中频信号采集器（A06）的北斗导航信号混频运算；所述混频器I（A09）与相关器I（A10）连接，所述混频器Q（A11）与相关器Q（A12）连接，伪随机码发生器（A07）产生的北斗伪随机码同时与相关器I（A10）和相关器Q（A12）连接，用于相关消除所接收的北斗卫星信号中的伪随机码；所述相关器I（A10）和相关器Q（A12）同时连接至时频二维FFT模块（A13），通过时域和频域两个维度进行北斗导航信号的信号捕获处理；所述时频二维FFT模块（A13）连接至捕获控制模块（A14），所述捕获控制模块（A14）连接至跟踪模块（A15），采用锁频环辅助锁相环的方式进行北斗导航信号跟踪；所述跟踪模块（A15）连接至同步模块（A16），所述同步模块（A16）先进行比特同步然后进行子帧同步处理；所述同步模块（A16）连接至导航电文提取模块（A17），根据北斗ICD文件和同步模块（A16）输出的比特流进行北斗卫星的星历信息进行导航电文提取；所述北斗信息解算单元（B）包括导航星历提取模块（B01）、卫星信息计算模块（B02）、预测可见卫星模块（B03）、失锁重捕模块（B04）、搜星切换模块（B05）、北斗快速选星模块（B06）、最小二乘解算模块（B07）和输出显示模块（B08）；所述导航星历提取模块（B01）连接至卫星信息计算模块（B02），用于接收北斗信号处理单元（A）中导航电文提取模块（A17）的比特流导航信息，并根据北斗ICD文件进行接收机捕获跟踪上的北斗卫星导航星历提取，获取北斗卫星开普勒轨道参数和伪距、伪距率量测值；所述卫星信息计算模块（B02）连接至预测可见卫星模块（B03），用于计算接收机捕获跟踪上的卫星在北斗坐标系CGCS2000下的卫星空间位置和运行速度信息；所述预测可见卫星模块（B03）连接至失锁重捕模块（B04），其中所述失锁重捕模块（B04）用于在接收机遇到信号遮挡或者经过隧道等信号丢失情况下，能够直接重新捕获失锁前的卫星信号，避免循环搜索下一颗卫星，进一步节省接收机捕获跟踪可见卫星信号的时间；所述失锁重捕模块（B04）连接至搜星切换模块（B05），其中搜星切换模块（B05）用于接收机捕获特定PRN号卫星失败时，证明此时接收机可见卫星中并没有特定PRN号，则通过搜星切换模块（B05）切换到下一号PRN卫星，进行重新捕获；所述搜星切换模块（B05）连接至北斗快速选星模块（B06），其中北斗快速选星模块（B06）用于接收机从众多的北斗可见卫星中选择特定数量的可见卫星；所述北斗快速选星模块（B06）连接至最小二乘解算模块（B07），其中最小二乘解算模块（B07）利用北斗快速选星模块（B06）选择的北斗可见卫星，提取出北斗卫星的空间位置和运动速度信息，同时结合相应的伪距、伪距率信息，最后通过最小二乘法进行接收机定位解算，获取接收机的本地位置、速度、接收机钟差和接收机钟漂信息；所述最小二乘解算模块（B07）连接至输出显示模块（B08），其中输出显示模块（B08）通过显示模块输出最小二乘解算模块（B07）计算出的接收机本地位置、速度、接收机钟差和接收机钟漂信息。