專利名稱：一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)及其抗干擾處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)， 以及一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)的抗干擾處理方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導航系統(tǒng)是由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收設(shè)備三大部分組成， 具備定位、導航、高精度授時功能的系統(tǒng)，其廣泛應(yīng)用于航海、航空、測量、測繪、精密定位等行業(yè)領(lǐng)域。衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空間星座部分由分布在不同軌道平面上的多顆衛(wèi)星組成，以保證地面接收機在任一時刻、覆蓋范圍內(nèi)的任一地點都可以接收到足夠數(shù)量的衛(wèi)星信號，并通過解算得到接收機的位置、速度和時間等信息。目前，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS，Global Navigation Satellite System)主要包括美國的GPS、俄羅斯的GL0NASS，中國的北斗系統(tǒng)，以及歐洲的GALILEO系統(tǒng)。

圖1是傳統(tǒng)GNSS接收機的組成原理框圖。傳統(tǒng)GNSS接收機通常分為天線單元和接收單元兩大部分。天線單元，也叫天線前端，它的作用是，由天線將空間中的導航衛(wèi)星電磁波信號轉(zhuǎn)換為電信號；輸出的射頻模擬信號經(jīng)由射頻電路將其放大、下變頻、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字中頻信號。其中，下變頻是指將衛(wèi)星波段的信號(頻率一般為IGHz到2GHz) 降到幾MHz至幾十MHz的中頻信號，中頻信號才可以做進一步的信號處理。濾波部分為一個帶通濾波器，其作用是將帶外噪聲濾除。模數(shù)轉(zhuǎn)換是將經(jīng)過下變頻和濾波后的中頻模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號才可以做進一步的數(shù)字信號處理。接收單元對天線單元輸出的數(shù)字中頻信號進行基帶處理，繼而進行導航定位的解算，以得到用戶接收機的位置、速度和時間等信息?；鶐幚韱卧话闶菙?shù)字電路，主要包括相關(guān)器、中頻載波生成、碼時鐘生成等部分。隨著衛(wèi)星導航應(yīng)用的日益普遍，用戶對接收機終端可靠性和抗干擾能力的要求也逐步提高。接收機在進行信號接收、傳輸和處理的過程中不可避免的引入了一些干擾信號， 這些干擾信號可能來自于自然的干擾，也可能來自人為干擾。如果干擾信號的幅度大于有用信號的幅度，真實的衛(wèi)星導航信號將被埋沒在干擾信號中。一旦進入接收機的混合信號達不到后續(xù)載波跟蹤環(huán)以及碼跟蹤環(huán)所要求的載噪比，接收機將無法正常工作?；蛘咛摷俚男l(wèi)星信號以強于真實衛(wèi)星信號的形式，讓接收機鎖定錯誤的衛(wèi)星信號，就會解算出虛假的導航數(shù)據(jù)。以上所述這些情況，都將直接影響到導航定位的精度。如何將這些干擾信號濾除，進而加強接收機系統(tǒng)的抗干擾能力，具有十分重要的意義，也是接收機系統(tǒng)需要解決的一個關(guān)鍵問題。和接收機有用信號帶寬相比較，我們可以將干擾信號分為帶外干擾和帶內(nèi)干擾。 一般在接收機的天線和前端加入帶通濾波器，用來抑制帶外的干擾信號。但是如果帶外干擾信號足夠強，接收機天線和前端濾波電路不足以將其抑制，后續(xù)的基帶信號處理和導航解算仍將受到很大的影響。同時，帶內(nèi)干擾也會帶來諸多問題。為了降低干擾信號對衛(wèi)星導航信號以及解算過程造成的不利影響，圖2給出了一種帶有抗干擾處理模塊的GNSS接收機的組成原理框圖，其中采用了抗干擾處理模塊，用于抑制接收機通道內(nèi)的干擾信號。天線單元中，射頻電路將接收到的衛(wèi)星射頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號I，該數(shù)字中頻信號進入抗干擾處理模塊進行抗干擾處理。傳統(tǒng)的GNSS接收機中，天線單元和接收單元被分別是兩個獨立的部件，這是為了便于天線單元能夠安裝在運動載體或地面的適當點位上，同時接收單元也可靈活選用多種廠家、不同型號的接收設(shè)備。但是為了適應(yīng)不同接收設(shè)備中不同中頻頻率的要求，經(jīng)過抗干擾處理的數(shù)字中頻信號II還需要經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和上變頻處理，重新還原到與射頻信號同頻率的高頻模擬信號。接收單元將天線單元輸出的射頻模擬信號下變頻到接收機可以進行處理的中頻信號，再模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后送入基帶處理和導航解算單元，解算出用戶接收機的位置、速度和時間等信息。這里，將抗干擾處理模塊和基帶處理模塊之間的部分稱之為頻率變換部分，需要指出的是，在實際的GNSS 接收機中，其中的數(shù)模轉(zhuǎn)換和上變頻、下變頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換分別隸屬于天線單元和接收單元的兩個不同的電路板。上述的抗干擾處理模塊，置于射頻電路和頻率轉(zhuǎn)換部分的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊之間，由射頻電路輸出的數(shù)字中頻信號I通過抗干擾處理模塊，對干擾信號進行抑制，輸出數(shù)字中頻信號11。所采用的抗干擾技術(shù)可以有多種途徑，例如目前比較流行的抗干擾濾波技術(shù)，包括空域濾波、頻域濾波和時域濾波等的一種或幾種組合，也可以是其它抗干擾處理技術(shù)。空域濾波，即天線陣技術(shù)，包括可控波束天線和自適應(yīng)調(diào)零天線?？煽夭ㄊ炀€可以使波束定向到所要跟蹤的衛(wèi)星，從而把增益加到所希望的信號上，它可以最大限度的利用濾波抑制干擾信號的進入；自適應(yīng)調(diào)零天線是利用擴頻系統(tǒng)偽隨機碼信號深埋在熱噪聲中的特點， 把若干個獨立的天線振子的輸出自動組合起來，使進入接收機系統(tǒng)的總輸入功率減至最低限度，可以有效地促使強干擾源電平降低到熱噪聲的電平?？沼驗V波技術(shù)需要和天線陣相結(jié)合，這樣采用不同數(shù)量的天線，結(jié)合某些濾波算法，就可以實現(xiàn)干擾信號的最佳抑制。頻域濾波通過干擾頻率的搜索確認和自適應(yīng)陷波點的產(chǎn)生，對窄帶信號具有很高的抑制度。 而時域濾波是利用寬帶干擾信號與衛(wèi)星導航信號相關(guān)性不強的特點來實現(xiàn)濾波目的。上述頻率變換部分的上變頻模塊，用于將中頻模擬信號上變頻到與原衛(wèi)星射頻信號同頻率的高頻模擬信號，其混頻原理圖如圖3所示。中頻模擬信號的同相分量(I)和正交分量(Q)通過一個正交內(nèi)插濾波器進行采樣率上變換，輸出內(nèi)插信號。為滿足Nyquist 基本準則，內(nèi)插濾波器的采樣頻率要大于所需上變頻頻率的最高頻率的兩倍。然后內(nèi)插信號的I和Q分量分別在混頻器中與本振信號相乘，所得的上變頻后的I和Q分量在加法單元中相加，產(chǎn)生高頻模擬信號。若經(jīng)過正交內(nèi)插濾波器后，內(nèi)插信號的I和Q分量i^uU) 和&F1,Q(t)可分別表達為Sif1j j(t) = AipaX (t" τ )D(t- τ ) cos (2 π fIFjlt+Φ IFjl)sIFljQ(t) = AIFax (t- τ )D(t- τ ) sin (2 π fIFjlt+Φ IFjl)其中Aif,i為內(nèi)插信號的幅值，x(t-x)為偽隨機碼，D(t_ τ )為數(shù)據(jù)碼，fIFa為中頻頻率，Ctm1為相位。內(nèi)插信號的I和Q分量分別進入混頻器，并分別與I路和Q路本振信號相乘，可得I路和Q路的混頻信號分別為Smixj(t) = sinj(t)sl0ll(t)= AlFtAt 一tW一τ)cos(2;r/〃,’/ + φη.·λ)ΑΙΟ Χ cos(2tt//0 / + φ]Ο Χ)
權(quán)利要求
1.一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)，包括天線單元和接收單元，其特征在于，所述天線單元和接收單元是一體化結(jié)構(gòu)，包括依次連接的天線、射頻電路、抗干擾處理模塊、基帶處理模塊和導航解算模塊；所述抗干擾處理模塊置于射頻電路和基帶處理模塊之間，其輸入端連接射頻電路，輸出端連接基帶處理模塊；所述抗干擾處理模塊上集成有轉(zhuǎn)換電路，射頻電路輸出的數(shù)字中頻信號通過抗干擾模塊對干擾信號進行抑制后直接進入基帶處理模塊的輸入端；所述轉(zhuǎn)換電路用于完成比特數(shù)，采樣頻率以及數(shù)字中頻頻率的轉(zhuǎn)換功能；所述抗干擾處理模塊和基帶處理模塊之間沒有頻率變換部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻電路包含放大電路部分、下變頻電路部分、濾波電路部分和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)，其特征在于，所述抗干擾處理模塊采用抗干擾濾波技術(shù)或其它抗干擾處理技術(shù)，所述抗干擾濾波技術(shù)包括空域濾波、頻域濾波和時域濾波中的一種或幾種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)為單系統(tǒng)終端或多系統(tǒng)終端；所述衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括美國的GPS系統(tǒng)，俄羅斯GL0NASS系統(tǒng)，中國的北斗系統(tǒng)，歐洲的GALILEO系統(tǒng)，以及以后可能出現(xiàn)的新的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
5.一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)的抗干擾處理方法，其特征在于，包括以下步驟1)射頻電路將接收到的衛(wèi)星射頻信號依次進行放大處理、下變頻處理、濾波處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，輸出數(shù)字中頻信號；2)輸出的數(shù)字中頻信號進入抗干擾處理模塊進行抗干擾處理，同時通過集成在抗干擾處理模塊上的轉(zhuǎn)換電路，完成比特數(shù)，采樣頻率以及數(shù)字中頻頻率的轉(zhuǎn)換；3)將經(jīng)過抗干擾處理模塊處理后的輸出信號進行基帶處理和導航定位的解算。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)的抗干擾處理方法，其特征在于，所述抗干擾處理所采用的抗干擾技術(shù)為抗干擾濾波技術(shù)或其它抗干擾處理技術(shù)， 所述抗干擾濾波技術(shù)包括空域濾波、頻域濾波和時域濾波中的一種或幾種組合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種一體化的抗干擾衛(wèi)星導航接收系統(tǒng)，去掉了傳統(tǒng)的抗干擾GNSS接收機中抗干擾處理模塊和基帶處理模塊之間的頻率變換部分，將天線單元電路和接收單元電路合二為一，能有效簡化電路，降低電路板的復雜度、成本和功耗，同時減少信號的信噪比損失，提高接收機的電磁兼容性以及抗干擾能力。其特征在于，所述抗干擾處理模塊置于射頻電路和基帶處理模塊之間，其輸入端連接射頻電路，輸出端連接基帶處理模塊；抗干擾處理模塊上集成有轉(zhuǎn)換電路，射頻電路輸出的數(shù)字中頻信號通過抗干擾模塊對干擾信號進行抑制后直接進入基帶處理模塊的輸入端；轉(zhuǎn)換電路用于完成比特數(shù)，采樣頻率以及數(shù)字中頻頻率的轉(zhuǎn)換功能。
文檔編號G01S19/13GK102207549SQ201010169229
公開日2011年10月5日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:北京泰豪聯(lián)星技術(shù)有限公司