[發明專利]一種微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法

在審

• 申請號: 201710428081.9
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107121685A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 陳帥;孫昭行;汪益平;盧啟偉;趙琛;陳德潘;張嘉瑞;姚曉涵;趙志鑫
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 薛云燕

技術領域

本發明涉及衛星導航技術領域，特別是一種微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法。

背景技術

隨著空間技術的不斷發展，星載接收機已經逐漸發展成為航天器的一個重要平臺載荷，它可以為航天器提供全球、全天候、實時、高動態、高精度的導航信息，并提高航天器運行的自主性。一臺可用于微鈉衛星低成本微型星載GNSS接收機，能夠測定微鈉衛星的航跡、速度、姿態、時間參數及編隊飛行的微鈉衛星間的相對距離。目前國內市場上GPS接收機的使用高度和速度有限制，國外航天GPS存在禁運問題,不能滿足航天應用。由于宇宙中的惡劣環境并且衛星的動態性很強，使得GNSS接收機在太空中的應用于地面和航空等的應用不一樣，因此在設計星載GNSS接收機要考慮很多特點。

衛星的微型化、低成本、研制周期短、重量輕、體積小成為一種發展趨勢，適用于微鈉衛星的微型化、低成本、體積小、功耗低的GNSS接收機目前國內市場上比較稀缺。且衛星在發射和升空階段要經歷很高的動態，加速度會超過10g，衛星在軌運行時速度將超過7km/s，現有GNSS接收機未充分考慮高動態對GNSS信號的捕獲和跟蹤的影響，且存在結構復雜、兼容性差、成本高的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠為低軌衛星提供高精度導航定位以及精確授時的基于DSP+FPGA微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種微型星載高動態GNSS接收機，該接收機基于DSP+FPGA，包括有源天線、射頻前端處理模塊、基帶信號數字處理模塊、定位解算模塊和上位機監控界面，其中：

有源天線，將接收到的GNSS電磁波信號轉變為電流信號，經帶通濾波器進入射頻前端處理模塊；

射頻前端處理模塊，對接收到的信號進行放大、變頻、濾波和模數轉換，最終得到數字中頻信號；

基帶信號數字處理模塊，對數字中頻信號進行捕獲、跟蹤、位同步和幀同步處理，得到導航測量值和導航電文；

定位解算模塊，利用導航測量值和導航電文進行定位解算，最終得到用戶的衛星信息，獲取定位觀測值；

上位機監控界面，用來實時顯示定位觀測值，收星數，PDOP值的信息。

一種微型星載高動態GNSS接收機的導航方法，包括以下步驟：

步驟1，有源天線將接收到的GNSS電磁波信號轉變為電流信號，經帶通濾波器進入射頻前端處理模塊；

步驟2，射頻前端處理模塊對接收到的信號進行放大、變頻、濾波和模數轉換，最終得到數字中頻信號；

步驟3，基帶信號數字處理模塊對數字中頻信號進行捕獲、跟蹤、位同步和幀同步處理，得到導航測量值和導航電文；

步驟4，定位解算模塊利用導航測量值和導航電文進行定位解算，最終得到用戶的衛星信息，獲取定位觀測值；

步驟5，上位機監控界面，用來實時顯示定位觀測值，收星數，PDOP值的信息。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：(1)為通用型GNSS接收機，可以兼容GPS信號與北斗信號，兼容性好；(2)采用DSP+FPGA結構設計，運算速度快、成本低、體積小、重量輕，并且能很方便的對算法進行改進和更新，適合工程上使用；(3)采用合適的器件，在體積、功耗、性能之間取得最佳平衡，搭建符合實際應用要求的樣機，適合微納衛星上使用；(4)FPGA的每個通道同時運行，能夠保證GNSS接收機運行的實時性，改進傳統捕獲方法，提高接收機首次定位時間。

附圖說明

圖1是本發明微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法的信號處理流程圖。

圖2是本發明微型星載高動態GNSS接收機的系統硬件結構圖。

圖3是本發明微型星載高動態GNSS接收機MAX2769配置模塊結構框圖。

圖4是本發明微型星載高動態GNSS接收機的射頻前端處理模塊的結構圖。

圖5是本發明微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法的捕獲電路框圖。

圖6是本發明微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法的跟蹤環路框圖。

圖7是本發明微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法的二階環路數字濾波器方框圖。

圖8是本發明微型星載高動態GNSS接收機及其導航方法的由二階鎖頻環輔助的三階鎖相環的濾波器方框圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。