一種北斗二代b1和b3雙頻接收機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于衛星導航領域，涉及一種北斗衛星導航接收機。
【背景技術】
[0002] 北斗衛星導航定位系統是我國自行研制的，為用戶提供快速定位、簡短數字報文 通信和授時服務的新型、全天候、區域性的衛星導航定位系統。北斗衛星導航系統是一個龐 大的系統工程，其技術復雜、應用范圍廣，填補了我國導航系統的空白，開啟了我國航天事 業的新征程，使我國擺脫了對GPS系統的依賴，為維護國家安全、推動經濟文化全面發展提 供了重要保障。北斗二代衛星定位系統采用無源的定位方式，通過其發送的多頻數據可以 進行高精度的相對定位，這對我國的經濟發展具有重大的現實意義。通過北斗衛星獲取定 位信息，用戶便能根據獲取的定位信息得知自身的位置信息，實現相應的導航等應用或服 務。
[0003] 北斗B1頻點信號的測距碼以2.046MCPS的碼速率調制在1561.098MHz的載波信號 上，北斗B3頻點信號的測距碼以10.23Mcps的碼速率調制在1268.52MHz的載波信號上。在相 同的情況下，B3頻點的碼速率是B1頻點的5倍，因此理論上單B3頻點的定位精度能達到單B1 頻點的5倍，而在觀測條件較差、可用衛星數較少的情況下，進行北斗衛星偽距單點定位時， 單頻偽距單點定位性能急劇下降，但采用B1、B3雙頻偽距單點定位精度卻可以較好的約束 誤差的離散范圍，提高接收機的定位精度和可用性。
[0004] 然而目前的北斗導航接收機大部分只能接收單B1頻點的信號，因此在民用領域 中，實現一種能夠同時支持北斗二代B1、B3頻點的導航接收機已經十分迫切。

【發明內容】

[0005] 本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于北斗二代導航 系統的民用B1頻點和B3頻點的雙頻接收機，能夠在觀測條件較差、可用衛星數較少的情況 下，通過雙頻差分提供可靠的定位連續性和較高的實時定位精度。
[0006] 本發明的技術解決方案是:一種北斗二代B1和B3雙頻接收機，包括放大濾波電路、 功分電路、B1窄帶帶通濾波器、B3窄帶帶通濾波器、下變頻及模數轉換采樣電路、晶振、中頻 數字信號處理電路、測量數據預處理模塊、組合濾波模塊、導航定位模塊，其中：
[0007] 放大濾波電路:接收外部輸入的同時含有北斗衛星B1頻點和B3頻點的射頻信號， 對射頻信號進行放大并進行帶通濾波得到包含B1頻點及B3頻點的全頻段信號，送至功分電 路；
[0008] 功分電路:將從放大濾波電路接收的全頻段信號分為兩路，其中一路送至B1窄帶 帶通濾波器，另一路送至B3窄帶帶通濾波器；
[0009] B1窄帶帶通濾波器:對接收到的全頻段信號進行以B1頻點為中心的帶通濾波，得 到B1頻點高頻信號并送至下變頻及模數轉換采樣電路；
[0010] B3窄帶帶通濾波器:對接收到的全頻段信號進行以B3頻點為中心的帶通濾波，得 到B2頻點高頻信號并送至下變頻及模數轉換采樣電路；
[0011]晶振:產生基準頻率信號并送至下變頻及模數轉換采樣電路；
[0012] 下變頻及模數轉換采樣電路:對B1頻點高頻信號和B3頻點高頻信號分別進行下變 頻，并根據晶振提供的基準頻率信號構建同步采樣時鐘，利用所述同步采樣時鐘對下變頻 后的信號進行同步采樣，得到B1頻點中頻數字信號和B3頻點中頻數字信號，將B1頻點中頻 數字信號、B3頻點中頻數字信號以及同步采樣時鐘送至中頻數字信號處理電路；
[0013] 中頻數字信號處理電路:對B1頻點中頻數字信號和B3頻點中頻數字信號分別進行 捕獲跟蹤，獲取有效跟蹤的各個北斗衛星的B1頻點的原始測量數據及B3頻點的原始測量數 據，所述的原始測量數據包括碼計數、載波計數、多普勒和原始電文，其中碼計數和載波計 數通過同步采樣時鐘獲得；
[0014] 測量數據預處理模塊:針對中頻數字信號處理電路傳來的每一條測量數據，通過 碼計數累加得到衛星的觀測時間，結合載波計數修正后計算得到原始偽距，通過多普勒與 載波計數修正計算得到偽距率，通過對原始電文進行BCH解碼，得到解調電文;從組合濾波 模塊獲取原始偽距修正量和偽距率修正量，利用原始偽距修正量對原始偽距進行修正并送 至導航定位模塊，利用偽距率修正量對偽距率進行修正并送至導航定位模塊；
[0015] 導航定位模塊:根據修正后的各個導航衛星的原始偽距，分別進行衛星鐘差修正、 電離層誤差修正、電離層差分修正、對流層誤差修正、地球自轉誤差修正，得到最終可用于 定位的修正偽距；同時，通過解調電文解算得到B1頻點各衛星以及B3頻點各衛星的衛星參 數，所述的衛星參數包括位置、速度、鐘差；利用修正偽距、衛星參數、偽距率解算出導航數 據和1PPS后向外部輸出；
[0016]組合濾波模塊:使用卡爾曼濾波算法對導航定位模塊輸出的導航信息進行組合導 航濾波，過濾導航信息中的異常值，結合雙頻接收機的速度、加速度以及濾波處理后的導航 信息，計算出原始偽距修正量和偽距率修正量并反饋至測量數據預處理模塊。
[0017] 所述的中頻數字信號處理電路包括捕獲配置器、FFT捕獲單元、通道配置器、η個通 道、相關運算單元和鎖存采樣單元，捕獲配置器對FFT捕獲單元進行參數配置，FFT捕獲單元 依據配置參數對輸入的Β1頻點中頻數字信號與Β3頻點中頻數字信號進行捕獲操作，捕獲到 的信號被送入通道配置器，通道配置器將從η個通道中選擇一個空閑通道對捕獲到的信號 進行跟蹤，相關運算單元使用相關時鐘對所有η個通道同一時刻的信號進行相關計算，鎖存 采樣單元使用鎖存時鐘對所有η個通道同一時刻的信號進行參數跟蹤采樣并鎖存采樣值， 以此從各個通道中獲取并輸出Β1原始測量數據與Β3原始測量數據。
[0018] 所述的Β1窄帶帶通濾波器或者Β3窄帶帶通濾波器為聲表面波帶通濾波器。
[0019] 本發明與現有技術相比的優點在于：
[0020] (1)本發明提出了民用北斗二代Β1、Β3雙頻接收機的整體解決方案，從根本上解決 了傳統GNSS接收機對于GPS系統的依賴問題，有效改進了原有北斗一代接收機及北斗二代 Β1頻點接收機的定位精度，在充分利用北斗Β3頻點來有效提高定位精度的同時，極大提高 了系統的可靠性和穩定性；
[0021] (2)本發明提出的民用北斗二代Β1、Β3雙頻接收機，充分利用兩種頻點的同步處 理，使用雙頻差分技術提尚定位精度的同時，有效提尚系統的可靠性；
[0022] (3)本發明提出的民用北斗二代Β1、Β3雙頻接收機，采用雙端口可選信號輸入，支 持兩路混合信號的選擇輸入，在保持傳統GNSS接收機方案一致的對外接口同時將輸入接口 擴展一倍，可以適應單天線、雙天線及不同頻點天線組合輸入等更加復雜的應用系統；
[0023] (4)本發明提出的民用北斗二代B1、B3雙頻接收機，射頻處理鏈路設計低噪聲、高 增益、寬帶及窄帶濾波及自動增益調節相組合的匹配電路設計方法，有效保證B1、B3兩種信 號的傳輸質量，相比傳統GPS接收機及B1頻點接收機，在保證信號傳輸高增益低噪聲的同時 極大放寬了鏈路處理信號的帶寬，可實現兩個頻點信號的完整處理與分離；
[0024] (5)本發明將B1、B3信號測量數據進行雙頻差分定位，利用B3頻點自身具有的高信 號精度特點，使用雙頻差分消除電離層及對流層誤差，同時采用載波相位輔助偽距定位方 法，大幅提尚定位精度。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明接收機的原理框圖；
[0026] 圖2為本發明接收機的一種硬件實現結構框圖；
[0027] 圖3為本發明接收機的放大濾波設計原理圖；
[0028] 圖4為本發明接收機的下變頻及模數轉換采樣設計原理圖；
[0029]圖5為本發明接收機的數字中頻處理設計原理圖；
[0030]圖6為本發明接收機的測量數據預處理設計原理圖；
[0031 ]圖7為本發明接收機的導航定位設計原理圖；
[0032]圖8為本發明接收機的時間同步設計原理圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明針對民用導航定位的高精度、穩定性及小型化要求，結合北斗導航系統的 能力與特點，設計了一種民用北斗二代B1、B3雙頻接收機。通過對北斗二代B1、B3民用頻點 的信號進行接收、處理，采用差分定位，實現了快速高精度導航定位目的。
[0034] 1、系統方案設計
[0035]如圖1所示，為本發明的民用北斗二代B1、B3雙頻