專利名稱：一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置及方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航解算和 定位設(shè)備制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在國內(nèi)國際市場上的導(dǎo)航定位產(chǎn)品都是結(jié)合某一特定的GPS衛(wèi)星導(dǎo) 航芯片的一體產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的特點(diǎn)是
① 使用GPS專有基帶芯片或?qū)Ш叫酒捎袑?dǎo)航模塊。
② 導(dǎo)航解算由導(dǎo)航芯片實(shí)現(xiàn)或由導(dǎo)航模塊硬件實(shí)現(xiàn)。 隨著人們對導(dǎo)航解算的可靠性、可用性和導(dǎo)航解算算法的可定制性等要
求不斷提高，單一的導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足人們對導(dǎo)航性能的需求。 目前，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)正在重建；歐洲的Galileo系統(tǒng)已經(jīng)完成了 4支術(shù)論證和平臺(tái)測試階段，中國二代導(dǎo)航系統(tǒng)也將在2020年前建成。美國 GPS —統(tǒng)天下的格局不久將被打破，未來的GNSS市場將會(huì)是一種各種導(dǎo)航 系統(tǒng)共存且相互合作的局面。
正因如此，目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端存在的問題也體現(xiàn)出來
① 只支持GPS單一基帶芯片或?qū)Ш叫酒恢С謱ζ渌l(wèi)星導(dǎo)航芯片 的支持。
② 導(dǎo)航解算由GPS基帶芯片或?qū)Ш叫酒布?，柔性差，不可定制?修改導(dǎo)航解算算法。
導(dǎo)航終端多為一體機(jī)產(chǎn)品，單一的導(dǎo)航解算產(chǎn)品多依附于衛(wèi)星導(dǎo)航芯 片，不是獨(dú)立產(chǎn)品，這也注定了其無法支持其他衛(wèi)星導(dǎo)航星座的基帶芯片。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
為了解決導(dǎo)航解算依附于單一衛(wèi)星基帶或?qū)Ш叫酒?，?dǎo)航解算算法的不 可修改定制和導(dǎo)航解算非專有產(chǎn)品等對不同衛(wèi)星芯片的不兼容，硬件實(shí)現(xiàn)解 算造成的算法不可定制修改等，造成的導(dǎo)航產(chǎn)品擴(kuò)展的局限性等不足，本發(fā) 明的目的是提供一種支持多衛(wèi)星系統(tǒng)基帶芯片的導(dǎo)航解算定位裝置及方法， 該裝置能兼容不同的衛(wèi)星系統(tǒng)基帶模塊，導(dǎo)航解算算法軟件實(shí)現(xiàn)，并可修改 定制，基于ARM平臺(tái)的獨(dú)立導(dǎo)航解算專有裝置。 技術(shù)方案
一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置，其特征在于包括電源模塊、穩(wěn)壓與電 平轉(zhuǎn)換模塊、ARM解算控制模塊、接口模塊、LCD顯示模塊、衛(wèi)星天線、 射頻前端和衛(wèi)星基帶芯片模塊，其中電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別接穩(wěn)壓與電 平轉(zhuǎn)換模塊、ARM解算控制模塊和LCD顯示模塊的輸入端，穩(wěn)壓與電平轉(zhuǎn) 換模塊的輸出端接衛(wèi)星基帶芯片模塊的輸入端，天線串接射頻前端后接衛(wèi)星 基帶芯片模塊的輸入端，衛(wèi)星基帶芯片模塊和ARM解算控制模塊分別與接 口模塊雙向連接，ARM解算控制模塊的輸出端接LCD顯示模塊的輸入端。
所述的一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置的解算方法，其特征在于包括如 下步驟
a)采用天線接收衛(wèi)星信號(hào)，并將衛(wèi)星信號(hào)依次經(jīng)過射頻前端和衛(wèi)星基 帶芯片模塊解調(diào)得到原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位和偽碼起始點(diǎn)采樣值；
b )將步驟a所述的原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位經(jīng)過ARM解算控制模塊確認(rèn)導(dǎo)航數(shù) 據(jù)前同步位、得到各顆衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)；c )將步驟a所述的偽碼起始點(diǎn)采樣值經(jīng)過ARM解算控制模塊得到偽距
值；
d )將步驟b所述的星歷數(shù)據(jù)和步驟c所述的偽距值經(jīng)過ARM解算控制 模塊糾正衛(wèi)星發(fā)射起始時(shí)間的時(shí)鐘偏差值；
e)將步驟d所述的經(jīng)過糾正的星歷數(shù)據(jù)和偽距值經(jīng)過最小二乘法得到 用戶信息并通過LCD顯示模塊顯示。
有益效果
① 兼容性強(qiáng)本發(fā)明的衛(wèi)星導(dǎo)航解算裝置，提供標(biāo)準(zhǔn)接口可兼容不同衛(wèi) 星系統(tǒng)的基帶模塊。
② 獨(dú)立產(chǎn)品本發(fā)明的導(dǎo)航解算裝置，是獨(dú)立于衛(wèi)星導(dǎo)航^莫塊的產(chǎn)品。 可針對不同衛(wèi)星系統(tǒng)采用相應(yīng)的衛(wèi)星導(dǎo)航模塊，可極大擴(kuò)展產(chǎn)品的適用性。
③ 可重用性軟件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航解算可在原先硬件&出上，為將來新的導(dǎo)航 解算算法或改進(jìn)算法的引入提供方便的升級(jí)方式，避免了硬件升級(jí)造成的過 高的成本。
本發(fā)明能廣泛應(yīng)用于各層領(lǐng)域，既可供普通用戶日常使用、也可以供科 研單位或院所以及公司開發(fā)使用。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。其中有電源轉(zhuǎn)換模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊，ARM 解算控制模塊，接口部分，LCD顯示模塊，衛(wèi)星天線，射頻前端和衛(wèi)星基帶 芯片模塊。
圖2是本發(fā)明的導(dǎo)航解算流程示意圖。
圖3是本發(fā)明的軟件算法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
附圖1中的衛(wèi)星天線、射頻前端和基帶芯片模塊接收衛(wèi)星信號(hào)，并將主 控ARM9核心進(jìn)行通訊，是成熟的產(chǎn)品在本系統(tǒng)中加以應(yīng)用。
電源模塊使用鋰電池對基帶模塊、ARM解算控制模塊和LCD顯示模 塊等供電，使用電源轉(zhuǎn)換對對各模塊提供電源。
穩(wěn)壓與電平轉(zhuǎn)換模塊將提供給基帶模塊的電源進(jìn)行精細(xì)穩(wěn)壓，并轉(zhuǎn)換
電平到基帶模塊需要的電壓值。
ARM解算控制模塊運(yùn)行整個(gè)控制系統(tǒng)軟件和導(dǎo)航解算程序，是控制 軟件載體和算法處理核心。
標(biāo)準(zhǔn)接口是連接基帶芯片模塊和ARM解算控制模塊，并負(fù)責(zé)兩者間 通信的通訊4妄口。
LCD顯示模塊接收來在ARM解算控制沖莫塊傳來的解算結(jié)果，將用戶 坐標(biāo)、高程等信息顯示在LCD屏幕上。
天線、射頻前端和基帶模塊接收衛(wèi)星信號(hào)部分，經(jīng)基帶解調(diào)得到導(dǎo)航 數(shù)據(jù)位等信息供ARM解算控制模塊使用。原配采用的是成熟的GPS基帶芯 片，這一部分在產(chǎn)品中是可選配的，根據(jù)不同要求可采用市場上成熟的基帶 模塊、射頻前端和衛(wèi)星接收天線。
本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)接口支持不同衛(wèi)星系統(tǒng)的專有基帶模塊，設(shè)計(jì)支持對標(biāo) 準(zhǔn)接口的驅(qū)動(dòng)程序。用較大容量加裝電路保護(hù)的鋰電池進(jìn)行供電，以電源轉(zhuǎn) 換模塊將電池電壓轉(zhuǎn)到5V，對ARM微電腦控制系統(tǒng)，系統(tǒng)顯示模塊和標(biāo)準(zhǔn) 接口中的基帶模塊進(jìn)行供電。GPS基帶芯片接收來自天線的衛(wèi)星信號(hào)，將數(shù)據(jù)原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位送到ARM微電腦控制系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航解算數(shù)據(jù)處理，將通 過導(dǎo)航解算的用戶位置信息高程差及速度時(shí)間等信息發(fā)送到顯示模塊，提供 信息^M吏用者。這樣，完成了位置信息的實(shí)時(shí)采集和用戶位置等信息的反々貴。
在圖2中的是導(dǎo)航解算流程示意圖衛(wèi)星基帶芯片為ARM解算控制程 序提供原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位和偽碼起始點(diǎn)采樣值；導(dǎo)航數(shù)據(jù)經(jīng)前同步位校-驗(yàn)，尋 找導(dǎo)航數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)，經(jīng)奇偶校驗(yàn)驗(yàn)證，自起始點(diǎn)開始的導(dǎo)航數(shù)據(jù)；由導(dǎo)航 數(shù)據(jù)計(jì)算跟蹤到的各顆衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器，經(jīng)一定時(shí)間更新 星歷數(shù)據(jù)；由基帶芯片提供的偽碼起始點(diǎn)采樣值計(jì)算偽距值；由星歷數(shù)據(jù)和 偽距值計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)和用于糾正衛(wèi)星發(fā)射起始時(shí)間的時(shí)鐘偏差值；采用最小 二乘法可計(jì)算大于等于4顆衛(wèi)星情況下的用戶位置等信息的計(jì)算。
如圖3所示，ARM9平臺(tái)可采用WINCE和Linux操作系統(tǒng)，ARM解 算控制軟件是平臺(tái)上的一個(gè)應(yīng)用軟件，其流程如下軟件啟動(dòng)需要對該軟件 進(jìn)行初始化設(shè)置。由于不同的基帶模塊都有其信號(hào)特征，由軟件判斷屬于哪 一衛(wèi)星系統(tǒng)，并選擇對應(yīng)的導(dǎo)航解算程序；衛(wèi)星系統(tǒng)確定后，通過4欠件輸入 參數(shù)，如數(shù)字中頻、采樣頻率和串口參數(shù)波特率等；運(yùn)行讀串口子程序，將 串口數(shù)據(jù)輸入緩存;ARM導(dǎo)航解算程序讀緩存數(shù)據(jù)，執(zhí)行實(shí)時(shí)解算，以200ws 為周期將解算結(jié)果，發(fā)送到LCD顯示子程序；LCD子程序?qū)I妄收到的結(jié)果 顯示到LCD上，并每200附s更新顯示解算結(jié)果；軟件提供更 文基帶模塊或 修改相關(guān)設(shè)置的參數(shù)選項(xiàng)，若處于激活狀態(tài)則返回程序初始階段進(jìn)行初始化 設(shè)置，否則繼續(xù)讀串口進(jìn)行導(dǎo)航解算。
權(quán)利要求
1、一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置，其特征在于包括電源模塊、穩(wěn)壓與電平轉(zhuǎn)換模塊、ARM解算控制模塊、接口模塊、LCD顯示模塊、衛(wèi)星天線、射頻前端和衛(wèi)星基帶芯片模塊，其中電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別接穩(wěn)壓與電平轉(zhuǎn)換模塊、ARM解算控制模塊和LCD顯示模塊的輸入端，穩(wěn)壓與電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接衛(wèi)星基帶芯片模塊的輸入端，天線串接射頻前端后接衛(wèi)星基帶芯片模塊的輸入端，衛(wèi)星基帶芯片模塊和ARM解算控制模塊分別與接口模塊雙向連接，ARM解算控制模塊的輸出端接LCD顯示模塊的輸入端。
2、 一種基于權(quán)利要求1所述的一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置的解算 方法，其特征在于包括如下步驟a)采用天線接收衛(wèi)星信號(hào)，并將衛(wèi)星信號(hào)依次經(jīng)過射頻前端和衛(wèi)星基 帶芯片才莫塊解調(diào)得到原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位和偽碼起始點(diǎn)采樣值；b )將步驟a所述的原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位經(jīng)過ARM解算控制模塊確認(rèn)導(dǎo)航數(shù) 據(jù)前同步位、得到各顆衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)；c )將步驟a所述的偽碼起始點(diǎn)采樣值經(jīng)過ARM解算控制模塊得到偽距值；d )將步驟b所述的星歷數(shù)據(jù)和步驟c所述的偽距值經(jīng)過ARM解算控制 模塊糾正衛(wèi)星發(fā)射起始時(shí)間的時(shí)鐘偏差值；e)將步驟d所述的經(jīng)過糾正的星歷數(shù)據(jù)和偽距值經(jīng)過最小二乘法得到 用戶信息并通過LCD顯示模塊顯示。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置的解算方法，其特征在于步驟b所述的衛(wèi)星個(gè)數(shù)為大于等于4。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航定位裝置及方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航解算和定位設(shè)備制造的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述裝置由電源模塊，穩(wěn)壓和電平轉(zhuǎn)換模塊，ARM解算控制模塊，接口部分，LCD顯示模塊，衛(wèi)星天線，射頻前端和衛(wèi)星基帶芯片模塊等組成，其中射頻前端和衛(wèi)星基帶芯片模塊可更換其他類型的芯片模塊。本發(fā)明所述方法包括衛(wèi)星基帶芯片為ARM解算控制程序提供原始導(dǎo)航數(shù)據(jù)位和偽碼起始點(diǎn)采樣值；導(dǎo)航數(shù)據(jù)經(jīng)前同步位校驗(yàn)，經(jīng)奇偶校驗(yàn)驗(yàn)證，自起始點(diǎn)開始的導(dǎo)航數(shù)據(jù)；由導(dǎo)航數(shù)據(jù)計(jì)算跟蹤到的各顆衛(wèi)星的星歷數(shù)據(jù)；由基帶芯片提供的偽碼起始點(diǎn)采樣值計(jì)算偽距值；由星歷數(shù)據(jù)和偽距值計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)和用于糾正衛(wèi)星發(fā)射起始時(shí)間的時(shí)鐘偏差值；采用最小二乘法可計(jì)算用戶信息。本發(fā)明兼容性強(qiáng)、通用性廣。
文檔編號(hào)G01S1/00GK101592720SQ20091003356
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者曹耀傳, 潘樹國, 慶 王 申請人:東南大學(xué)