[發明專利]一種船用北斗三號定位模塊及定位方法

有效

• 申請號: 202010004380.1
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111175793B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 馬若順;王健聰;吳穹;胡才
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/24;G01S19/30
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

1.一種船用北斗三號定位模塊，其特征在于：包括CPU、射頻下變頻電路、基帶處理電路及外圍電路；

所述CPU包括主控CPU和備用CPU，其中主控CPU與基帶處理電路采用總線連接；主控CPU與備用CPU通過串口相連接，主控CPU與備用CPU在發生故障時，進行切換；主控CPU采用GM4676芯片，備用CPU采用STM32F767芯片，射頻下變頻電路包括RX3902B芯片，基帶處理電路包括兩片5CEFA9U19的FPGA芯片，外圍電路包括PRM芯片、MPD007芯片，配置的PRM芯片和MPD007芯片是為了兼容北斗二號軍碼信號，5CEFA9U19的FPGA芯片包括配置芯片、延遲電路、SDRAM、FLASH、內部時鐘產生及切換電路；

基帶處理電路與處理射頻下變頻電路串口連接；

射頻下變頻電路包括：有源天線、兩級低噪聲放大器、功分器、帶通濾波器、差分放大器、射頻芯片RX3902B，射頻芯片RX3902B包括低通濾波器、AGC自動增益放大器及AD轉換器；其結構為：有源天線連接兩級低噪聲放大器的輸入端，兩級低噪聲放大器的輸出端連接功分器的輸入端，功分器的輸出端分為三路，每一路串聯一個帶通濾波器以及一個差分放大器，差分放大器的輸出端串聯射頻芯片RX3902B的低通濾波器、AGC自動增益放大器及AD轉換器，內部時鐘及切換電路連接射頻芯片RX3902B，射頻下變頻電路中兩級低噪聲放大器采用SGA0363Z，功分器采用WP4G+；

基帶處理電路包括：P碼接口電路、時鐘切換電路、本地時鐘電路、TIC電路、外部中斷管理功耗電路、通道電路、捕獲電路、串口接口電路，譯碼電路、跟蹤電路；其結構為：P碼接口電路連接通道電路，通道電路連接跟蹤電路，時鐘切換電路分別連接通道電路及捕獲電路，本地時鐘電路分別連接外部中斷管理功耗電路、TIC電路、捕獲電路、通道電路、串口接口電路，譯碼電路分別連接跟蹤電路、TIC電路、捕獲電路、外部中斷管理功耗電路及串口接口電路的輸出端，基帶處理電路通過串口接口電路連接射頻下變頻電路的射頻芯片；

捕獲電路包括：第一DDC、偽碼子載波發生器、濾波器、緩存采樣轉換器、并行相關單元、位移寄存器、緩存、運算電路、相關峰查找電路，并行相關單元包括并行相關器I/并行相關器Q，其結構為：偽碼子載波發生器連接緩存采樣轉換器后連接位移寄存器，位移寄存器的輸出端分別連接并行相關器I和并行相關器Q，第一DDC串聯濾波器及緩存采樣轉換器后分為兩路，一路串聯并行相關器I、緩存、運算電路及相關峰查找電路，另一路串聯并行相關器Q、緩存、運算電路及相關峰查找電路；

跟蹤電路包括：第二DDC、觀測量計數器、碼NCO、子載波NCO、通道相關器組、碼產生器、N選1電路、積分電路、跟蹤環路及RAM，跟蹤環路包括位同步幀同步譯碼電路、FLL、PLL、DLL、SLL；第二DDC分為兩路，一路連接觀測量計數器，另一路連接通道相關器組，碼NCO分為兩路，一路連接觀測量計數器，另一路連接碼產生器，碼產生器的輸出連接通道相關器組，子載波NCO連接通道相關器組，通道相關器組串聯N選1電路、積分電路、跟蹤環路及RAM。

2.一種基于權利要求1所述船用北斗三號定位模塊的定位方法，其特征在于：所述定位方法的具體步驟為：定位信號通過射頻下變頻電路的信號接收電路接收，接收到的定位信號經初步處理后輸入至射頻下變頻電路，初步處理的定位信號通過射頻下變頻電路變為數字中頻信號，數字中頻信號通過基帶處理電路提取產生的觀測量、電文信息進行位置、速度、鐘差解算，通過基帶處理電路提取的解算結果通過主控CPU的串口輸出；

射頻下變頻電路的步驟為：信號通過有源天線進入兩級低噪聲放大器放大信號，通過功分器將接收信號分為三路，再經過帶通濾波器濾除掉帶外信號和鏡像噪聲后經差分放大器將信號差分后送入射頻芯片RX3902B，射頻芯片接收到射頻信號后，采用同相/正交形式進行混頻處理，將射頻信號下變頻為低中頻信號，低中頻再經過低通濾波器將不需要的高頻成分濾掉，再對濾波后的低中頻信號使用AGC自動增益放大器進行放大，最后I/Q支路分別通過AD轉換器模數轉換，得到I/Q支路的數字中頻信號；

基帶處理電路的步驟為：射頻下變頻處理后的信號通過時鐘切換電路后分別輸入至捕獲電路以及通道電路中，外部中斷管理功耗電路、TIC電路、捕獲電路、跟蹤電路、串口接口電路將輸出的結果送入譯碼電路提取基帶單元產生的觀測量、電文信息進行位置、速度、鐘差解算，并且最終將解算結果通過串口輸出；

捕獲電路的步驟為：當信號捕獲單元收到信號捕獲指令，捕獲單元首先進入數據存儲過程，數字中頻信號與本地產生的所有需要捕獲衛星信號的碼同時存入緩存中，存數完成之后，信號捕獲單元進入相關運算過程，捕獲電路依次將所存儲的衛星數據和子碼送入相關器進行相關運算，時域相關使用兩路并行相關單元，每路包含512個并行復數相關器，每次相位搜索完成后，硬件電路會控制子碼偏移后重新取數進行相關，直到搜索完所有相位；相關器輸出的積分清零結果被分段存儲在緩存當中，當一次相關完成后通知頻域FFT模塊進行FFT運算；

跟蹤電路的步驟：每個相關通道中的通道相關器跟蹤信號及解調支路獲取電文；碼產生器產生相位相同的導頻碼和數據碼，在跟蹤導頻進行數據解調；觀測量計數器觀測量計數和鎖存碼NCO和子載波NCO的相位值；各個通道的相關值分時送入跟蹤環路中進行鑒相濾波和數據解調操作；跟蹤環路獲取電文解調譯碼電路電文信息；同步電路建立接收信號的幀同步和位同步；FLL和PLL跟蹤載波；DLL跟蹤PN碼；SLL跟蹤子載波；跟蹤獲得的環路濾波器的輸出值通過總線反饋至各個相關通道的NCO實現本地對接收信號載波、子載波和PN碼的復現。