專利名稱：機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)以及應(yīng)用該系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航定位系統(tǒng)以及導(dǎo)航定位方法，其通過機(jī)載航空電子設(shè)備接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)所發(fā)射的信號來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的導(dǎo)航定位。
背景技術(shù)：
基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS，GlobalNavigation Satellite System)的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，通過對衛(wèi)星信號的接收、處理進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對大型客機(jī)的導(dǎo)航定位。機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)如圖1所示，其示出了傳統(tǒng)的基于GNSS的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)10，該機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)10具有射頻信號接收單元12、射頻信號處理前端單元14、中頻信號處理器16、航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)(AFDX網(wǎng)絡(luò)總線)18和用戶終端20五部分。其中，射頻信號接收單元12為天線。傳統(tǒng)的基于GNSS的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)10的運(yùn)行流程是首先，射頻信號接收單元 12的各根天線分別接收射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；其次，分別與各天線相連接的獨(dú)立的射頻信號處理前端單元14對接收到的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行混頻、降頻處理并輸出中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；再次，中頻信號處理器16接收到中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號后對信號進(jìn)行捕獲再進(jìn)而根據(jù)捕獲參數(shù)對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行跟蹤及導(dǎo)航信息的解算；然后，AFDX網(wǎng)絡(luò)總線 18將解算好的導(dǎo)航信息進(jìn)行傳輸；最后，用戶終端20接收導(dǎo)航信息。傳統(tǒng)的基于GNSS的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)問題其一、傳統(tǒng)的射頻信號接收單元通過相互獨(dú)立的多根天線來接收衛(wèi)星射頻信號，這在一定程度上弱化了飛機(jī)的集成性能，增加了機(jī)載系統(tǒng)的重量和體積；其二，傳統(tǒng)的射頻信號處理前端單元采用獨(dú)立式結(jié)構(gòu)，中頻信號處理器采用專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)處理數(shù)字中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號以實(shí)現(xiàn)信號的捕獲、跟蹤及導(dǎo)航信息解算等工作， 由于ASIC為硬件，故中頻信號處理器會占用一定的空間并增加飛機(jī)重量；其三，中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號處理由中頻信號處理器的硬件芯片在內(nèi)部定制實(shí)現(xiàn)，故一旦芯片定型，用戶就很難改變相應(yīng)的參數(shù)或更換新的算法，同樣地，在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員只能對其輸出信息進(jìn)行機(jī)械、簡單的應(yīng)用，一旦出現(xiàn)問題，設(shè)計(jì)人員無法對其進(jìn)行深入檢測并排除故障，只能進(jìn)行整體更換。這樣，不但影響整個系統(tǒng)的可靠性，而且設(shè)計(jì)、維護(hù)的成本也比較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)將GNSS信號的捕獲、跟蹤以及導(dǎo)航解算等功能用軟件實(shí)現(xiàn)。軟件以駐留應(yīng)用的形式集成于集成模塊化航電系統(tǒng)(IMA)通用處理器中。整個系統(tǒng)包括射頻信號接收單元、射頻信號處理前端單元、中頻信號處理單元及用戶終端。其中，射頻信號接收單元用于接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；射頻信號處理前端單元用于對射頻信號接收單元所接收的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行混頻、降頻處理從而得到中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；中頻信號處理單元用于捕獲中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并輸出捕獲參數(shù)，再根據(jù)所述捕獲參數(shù)對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行跟蹤以及導(dǎo)航信息的解算，最后將解算獲得的衛(wèi)星導(dǎo)航信息輸出給接收終端，中頻信號處理單元駐留在通用處理器中的可編輯程序。其中，射頻信號接收單元為多天線單元，其將現(xiàn)有技術(shù)中獨(dú)立的多根天線集成在一起；射頻信號處理前端單元由專用硬件設(shè)計(jì)而成，其也將現(xiàn)有技術(shù)中多個前端處理單元集成在一起。進(jìn)一步地，中頻信號處理單元由軟件來實(shí)現(xiàn)，而該軟件作為駐留功能集成在航電平臺的通用處理器內(nèi)。較優(yōu)地，該系統(tǒng)還包括故障檢測隔離單元，其用于在射頻信號處理前端單元處理后中頻信號處理單元處理前檢測射頻信號處理前端單元輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并將合格信號輸送到中頻信號處理單元中，同時將不合格信號進(jìn)行隔離。具體地，故障檢測隔離單元具有第一檢測模塊、第二檢測模塊和處理模塊，其中， 第一檢測模塊用來對射頻信號處理前端單元輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行自檢并將自檢合格的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號輸出到第二檢測模塊中，第二檢測模塊用于將自檢合格的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號與存儲在第二檢測模塊中的信號誤差模型進(jìn)行比較并將在容差范圍內(nèi)的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號輸出到處理模塊，處理模塊對在容差范圍內(nèi)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行濾波處理并將其輸出到中頻信號處理單元。其中，從處理模塊輸出到中頻信號處理單元的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號再由中頻信號處理單元進(jìn)行跟蹤以及導(dǎo)航信息的解算，最后將解算獲得的導(dǎo)航定位信息輸出給接收終端。較優(yōu)地，故障檢測隔離單元采用分散式卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)。較優(yōu)地，故障檢測隔離單元為駐留在通用處理器上的可編輯程序。更優(yōu)選地，機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)還具有輔助信息接收處理模塊，其用于從機(jī)場GNSS 基站接收實(shí)時的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)并通知中頻信號處理單元僅對空域內(nèi)的有效衛(wèi)星的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲。該機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的運(yùn)行步驟包括射頻信號接收步驟，射頻信號接收單元接收射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；混頻降頻處理步驟，射頻信號處理前端單元對射頻信號接收單元接收到的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行混頻、降頻處理從而得到中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；以及中頻信號處理步驟，中頻信號處理單元通過駐留程序?qū)χ蓄l的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲并輸出捕獲參數(shù)，再根據(jù)所述捕獲參數(shù)對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行跟蹤及信息解算并將解算的導(dǎo)航定位信息輸出給接收終端。進(jìn)一步地，該運(yùn)行步驟在混頻降頻處理步驟之后中頻信號處理步驟之前還包括故障檢測隔離步驟，其檢測射頻信號處理前端單元輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并將合格信號輸送到中頻信號處理單元中，同時將不合格信號進(jìn)行隔離，故障檢測隔離單元對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行全程監(jiān)控。較優(yōu)地，故障檢測隔離步驟是通過駐留在通用處理器上的可編輯程序來實(shí)現(xiàn)的。具體地，故障檢測隔離步驟包括對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行自檢并允許滿足全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號基本特征的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號通過的自檢子步驟，將自檢子步驟輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號與信號誤差模型進(jìn)行比較并將在容差范圍內(nèi)的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號輸出的比較子步驟，以及將比較子步驟輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行濾波處理并輸出給中頻處理單元的處理子步驟。優(yōu)選地，故障檢測隔離步驟還包括中斷信號復(fù)現(xiàn)子步驟，當(dāng)射頻信號接收步驟中所接收的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號瞬間中斷時，進(jìn)行中斷信號的復(fù)現(xiàn)。
優(yōu)選地，該機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的運(yùn)行步驟還包括輔助信息接收處理步驟，機(jī)場 GNSS基站接收實(shí)時的機(jī)場空域內(nèi)的可用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給機(jī)場空域內(nèi)的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可以有效的提高系統(tǒng)對信號的捕獲效率。因?yàn)楹娇针娮悠脚_的通用處理器具備開放式架構(gòu)以及可配置性等特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要，定制新的捕獲以及跟蹤算法，提高機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的精度和可靠性。 在應(yīng)用方面，僅需將模塊化的軟件程序駐留在通用處理器中(如IMA平臺)，實(shí)現(xiàn)對GNSS信號的處理，真正體現(xiàn)“零體積，零重量”的資源占用。模塊化設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)具有較好的故障檢測和故障排故能力。


為了解釋本發(fā)明，將在下文中參考附圖描述其示例性實(shí)施方式，附圖中圖1示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)；圖2示意性地示出了本發(fā)明中的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)；圖3示意性地示出了本發(fā)明的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的故障檢測單元和故障隔離單元的原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)100主要包括射頻信號接收單元102、射頻信號處理前端單元104、中頻信號處理單元106及故障檢測隔離單元108。射頻信號接收單元102為多天線單元，其主要通過布置在飛機(jī)表面的天線接收 GNS S的衛(wèi)星導(dǎo)航信號?？紤]到在復(fù)雜的外部電磁環(huán)境下射頻傳感器一體化時的干擾特性和行為規(guī)律，本發(fā)明的射頻信號接收單元102不僅具有多頻譜、自適應(yīng)綜合處理的能力，而且還盡量設(shè)計(jì)成小型化，以滿足裝機(jī)環(huán)境的要求。在本發(fā)明中，射頻信號接收單元102可以由航線可更換單元(LRU，Line Replaceable Unit)來實(shí)現(xiàn)。射頻信號處理前端單元104具有混頻降頻處理模塊10 以及模數(shù)轉(zhuǎn)換處理模塊 104b，通過混頻降頻處理模塊10 可以實(shí)現(xiàn)對從射頻信號接收單元102所接收到的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行綜合混頻和降頻，完成混頻降頻后，再經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換處理模塊104b實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換即將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號。在本發(fā)明中，射頻信號處理前端單元104也可以由航線可更換單元(LRU，Line Replaceable Unit)來實(shí)現(xiàn)。中頻信號處理單元106具有信號捕獲模塊106a、信號跟蹤模塊106b以及信息解算模塊106c。這些模塊為存儲在IMA通用處理器中的可編輯程序，這樣，設(shè)計(jì)人員就可以對其進(jìn)行更新、升級等操作從而能夠隨時維護(hù)。運(yùn)行時，首先，信號捕獲模塊106a通過AFDX網(wǎng)絡(luò)對前述的射頻信號處理前端單元104所發(fā)出的中頻的、數(shù)字的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲；其次，信號跟蹤模塊106b根據(jù)信號捕獲模塊106a輸出的捕獲參數(shù)對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行跟蹤以便從跟蹤的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號獲得導(dǎo)航定位碼信息；然后，信號跟蹤模塊106b 將導(dǎo)航定位碼輸出給信號解算模塊106c由其完成導(dǎo)航信息解算并輸出給用戶終端。優(yōu)選地，中頻信號處理單元106還具有輔助信息接收模塊106d。其中，輔助信息接收模塊106d 通過數(shù)據(jù)鏈的方式接收從機(jī)場GNS S基站所發(fā)射的導(dǎo)航輔助信息，輔助信息接收模塊106d實(shí)時向信號捕獲模塊106a傳輸這些導(dǎo)航輔助信息。其中，導(dǎo)航輔助信息是指位于機(jī)場的地面基站，可以接收到機(jī)場空域內(nèi)有效衛(wèi)星的搜索碼、多普勒頻率以及CA碼初始相位，并預(yù)估由于飛機(jī)與基站位置誤差引起的搜索偏差等輔助信息。然后通過數(shù)據(jù)鏈的無線鏈路實(shí)時地將該輔助信息發(fā)送給機(jī)場轄區(qū)內(nèi)的所有機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)。機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的信號捕獲模塊106a接收到該輔助信息接收模塊106d的輔助信息后僅對空域內(nèi)的有效衛(wèi)星信號進(jìn)行捕獲，同時利用接收到的多普勒頻率和CA碼初始相位使本地復(fù)現(xiàn)碼與接收到的衛(wèi)星信號實(shí)時同步。這樣，一方面消除了導(dǎo)航數(shù)據(jù)位跳帶來的影響，另一方面可以縮小多普勒頻率的搜索范圍，以便減小由于頻率步進(jìn)柵格變細(xì)而帶來的計(jì)算負(fù)擔(dān)，從而較明顯的改善對衛(wèi)星的捕獲效率。該方法能夠縮短機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)對信號的捕獲、跟蹤以及定位時間，提高系統(tǒng)的整體性能。如上所述，中頻信號處理單元106是可編輯程序，其通過分析GNSS導(dǎo)航信號結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軟件無線電基帶信號處理原理，實(shí)現(xiàn)基于GNSS信號的高性能捕獲算法、載波、CA碼跟蹤以及導(dǎo)航信息解算等通用解決方案。優(yōu)選地，本發(fā)明的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)100還具有故障檢測隔離單元108。其中，故障檢測隔離單元108可以實(shí)現(xiàn)對從射頻信號處理前端單元104輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行監(jiān)控檢測，從而對不理想的衛(wèi)星信號暫時隔離，然后將理想的衛(wèi)星信號再輸送給中頻信號處理單元106中。具體地，如下所述。在一般情況下，系統(tǒng)一體化的程度越高，邏輯功能和物理結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。在現(xiàn)有技術(shù)中，飛機(jī)制造商在對機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行功能、性能驗(yàn)證以及適航取證時，很難對其內(nèi)部故障進(jìn)行檢測和定位，大大降低了試飛現(xiàn)場排除故障的效率。采取RNP進(jìn)近技術(shù)的機(jī)場， 多位于偏遠(yuǎn)山區(qū)、丘陵以及峽谷地帶。進(jìn)近的航路設(shè)計(jì)，盡管充分考慮了信號接收的環(huán)境因素，但是仍然不能滿足信號接收的理想條件，因此信號會出現(xiàn)短時遮擋或瞬斷。傳統(tǒng)的導(dǎo)航性能預(yù)測技術(shù)在檢測到存在上述情況時，會中斷對衛(wèi)星中頻信號的處理，這將導(dǎo)致機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)無法提供精確的導(dǎo)航位置信息，從而導(dǎo)致飛機(jī)復(fù)飛或者使用備降機(jī)場。圖3示意性地示出了故障檢測隔離的原理。如圖3所示，本發(fā)明采用分散式卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)對故障進(jìn)行多級檢測。故障檢測隔離單元108具有第一檢測模塊108a、第二檢測模塊108b和處理模塊108c。其中，第一檢測模塊108a，根據(jù)GNSS衛(wèi)星獨(dú)特的射頻頻率以及擴(kuò)頻編碼特征用來對射頻信號處理前端單元104發(fā)送的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行自檢， 只要滿足GNSS衛(wèi)星信號的基本特征即允許該些中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)入到第二檢測模塊 108b中。第二檢測模塊108b具有多個子濾波器，分別對應(yīng)接收到的多顆衛(wèi)星，子濾波器中構(gòu)建了衛(wèi)星信號的多普勒頻率、CA碼相位以及偽距信息的統(tǒng)計(jì)誤差模型，在整個工作過程中對相應(yīng)的信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，若經(jīng)過自檢的這些中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的誤差在統(tǒng)計(jì)誤差模型容差范圍之內(nèi)，則允許其通過并進(jìn)入到處理模塊108c中，反之，則將相應(yīng)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號暫時隔離。其中，該子濾波器為卡爾曼濾波器。處理模塊108c具有主濾波器，其用于將第二檢測模塊108b中子濾波器檢測后的各匹配信號進(jìn)行濾波處理并將最終處理后的信號輸出給中頻信號處理單元106。如果衛(wèi)星處于瞬時中斷的情況，第二檢測模塊108b中的子濾波器根據(jù)該衛(wèi)星信號的動態(tài)模型，短時間內(nèi)對該信號進(jìn)行本地復(fù)現(xiàn)，將復(fù)現(xiàn)信號輸出給處理模塊108c的主濾波器，保持信號的連續(xù)性。綜合整個處理過程，經(jīng)過處理模塊108c 后，第一種情形是當(dāng)某一衛(wèi)星導(dǎo)航信號被監(jiān)測到存在故障或干擾造成誤差較大時，即對該顆衛(wèi)星的跟蹤信息進(jìn)行隔離，暫時不將該衛(wèi)星的跟蹤信息送入主濾波器，避免對主濾波器造成污染，但保持對其的監(jiān)視、跟蹤，待該信號恢復(fù)正常后再提供正確的導(dǎo)航信息。此時，主濾波器采用其他的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行導(dǎo)航定位。第二種情形是當(dāng)某顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號發(fā)生瞬時中斷時，此時第二檢測模塊108b的子濾波器在短時間內(nèi)將對該衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，保持導(dǎo)航定位的連續(xù)性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解，分散式卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)只是一種優(yōu)選實(shí)施方式，其他的濾波結(jié)構(gòu)也可以被采用。優(yōu)選地，故障檢測隔離單元為駐留在通用處理器上的可編輯程序，這樣，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)情況對該單元進(jìn)行更新、升級操作從而能夠?qū)ζ溥M(jìn)行維護(hù)。本發(fā)明的導(dǎo)航信號處理步驟如下首先，由射頻信號接收單元102的天線收集多路GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航模擬信號并全部匯集到前端射頻信號處理單元104中進(jìn)行一體化集中處理。具體地，對接收到的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行集中的混頻、降頻處理，并將降頻后的信號進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將上述模擬信號轉(zhuǎn)換成AFDX網(wǎng)絡(luò)兼容的數(shù)字信號并通過AFDX 網(wǎng)絡(luò)總線向中頻信號處理單元106輸出。然后，駐留在IMA通用處理器中的中頻信號捕獲模塊106a對中頻的、數(shù)字的、衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲，進(jìn)而中頻信號跟蹤模塊106b對衛(wèi)星信號進(jìn)行跟蹤，最后導(dǎo)航信息解算模塊106c進(jìn)行導(dǎo)航信息解算。最后，上述信息傳輸給用戶終端，同時，故障檢測隔離單元108對信號傳輸進(jìn)行監(jiān)控并對不理想的衛(wèi)星信號進(jìn)行隔離。由于IMA通用處理器具有開放性以及可配置性的優(yōu)點(diǎn)，故，在本發(fā)明中將中頻信號處理單元106和故障檢測隔離單元108駐留在IMA通用處理器中，完成對多觀測量導(dǎo)航信息的解算。本發(fā)明的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)其一、質(zhì)量、體積零占用，其能夠有效的減小對民機(jī)重量、體積等資源的損耗；其二、開放式的軟件結(jié)構(gòu)，能夠減低系統(tǒng)的定制與維護(hù)成本；其三、綜合化的集中處理能力，簡化了數(shù)據(jù)流，減低了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸風(fēng)險；其四、開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使其能夠駐留在通用處理器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)資源的高效利用。本發(fā)明不以任何方式限制于在說明書和附圖中呈現(xiàn)的示例性實(shí)施方式。示出以及描述的實(shí)施方式(的部分)明確地理解為并入該說明書之內(nèi)并且明確地理解為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，在如權(quán)利要求書概括的本發(fā)明的范圍內(nèi)，很多變形是可能的。此外，不應(yīng)該將權(quán)利要求書中的任何參考標(biāo)記構(gòu)造為限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其包括射頻信號接收單元，其用于接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；射頻信號處理前端單元，其用于對所述射頻信號接收單元所接收的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行混頻、降頻處理從而得到中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；中頻信號處理單元，其用于捕獲所述中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并輸出捕獲參數(shù)，再根據(jù)所述捕獲參數(shù)對所述中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行跟蹤以及信息解算并將所述解算信息輸出給接收終端，所述中頻信號處理單元為駐留在通用處理器中的可編輯程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述射頻信號接收單元為集成的多天線單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述射頻信號處理前端單元對應(yīng)所述集成的多天線單元設(shè)計(jì)的集成處理單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述射頻信號處理前端單元具有數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，其用于將降頻后模擬的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號變?yōu)閿?shù)字的、中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述射頻信號處理前端單元和所述中頻信號處理單元之間具有AFDX總線網(wǎng)絡(luò)，所述AFDX總線網(wǎng)絡(luò)用于將所述數(shù)字的、中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號傳輸給所述中頻信號處理單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括故障檢測隔離單元，其用于檢測所述射頻信號處理前端單元輸出的所述中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并將合格信號輸送到所述中頻信號處理單元中，同時將不合格信號進(jìn)行隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述故障檢測隔離單元具有第一檢測模塊、第二檢測模塊和處理模塊，其中，所述第一檢測模塊用來對所述射頻信號處理前端單元輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行自檢并將自檢合格的信號輸出到所述第二檢測模塊中，所述第二檢測模塊用于將所述自檢合格的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號與存儲在所述第二檢測模塊中的信號誤差模型進(jìn)行比較并將在容差范圍內(nèi)的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號輸出到所述處理模塊，所述處理模塊對所述在容差范圍內(nèi)的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行濾波處理并將其輸出到所述中頻信號處理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述故障檢測隔離單元采用分散式卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述故障檢測隔離單元為駐留在通用處理器上的可編輯程序。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述第一檢測模塊進(jìn)行自檢是根據(jù)所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中的衛(wèi)星的射頻頻率和擴(kuò)頻編碼特征進(jìn)行的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述第二檢測模塊具有多個分別對應(yīng)所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中的衛(wèi)星的卡爾曼濾波器，所述的信號誤差模型包括多普勒頻率誤差模型和/或CA碼相位誤差模型和/或偽距信息誤差模型。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，當(dāng)接收的所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)中的衛(wèi)星的信號瞬間中斷時，所述第二檢測模塊能夠?qū)⒅袛嘈盘枏?fù)現(xiàn)并將復(fù)現(xiàn)信號輸出給所述處理模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)還具有輔助信息接收處理模塊，其用于從機(jī)場GNSS基站接收實(shí)時的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)并通知所述中頻信號處理單元捕獲所述有效衛(wèi)星的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星搜索碼、衛(wèi)星多普勒頻率、衛(wèi)星CA碼初始相位和所述機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)與所述機(jī)場GNSS基站的位置偏差所引起的搜索偏差數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求6所述機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其中，所述機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)還具有輔助信息接收處理模塊，其用于從機(jī)場GNSS基站接收實(shí)時的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)并通知所述中頻信號處理單元捕獲所述有效衛(wèi)星的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
16.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-15所述的機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，其包括如下步驟射頻信號接收步驟，射頻信號接收單元接收射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；混頻降頻處理步驟，射頻信號處理前端單元對所述射頻信號接收單元接收到的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行混頻、降頻處理從而得到中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；以及中頻信號處理步驟，中頻信號處理單元通過駐留程序?qū)λ鲋蓄l的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行捕獲輸出捕獲參數(shù)，再根據(jù)所述捕獲參數(shù)對中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行跟蹤及信息解算并將解算的導(dǎo)航定位信息輸出給接收終端。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，其中，所述方法還包括故障檢測隔離步驟，其檢測所述射頻信號處理前端單元輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號并將合格信號輸送到所述中頻信號處理單元中，同時將不合格信號進(jìn)行隔離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，其中，所述故障檢測隔離步驟包括對所述中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行自檢并允許滿足所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號基本特征的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號通過的自檢子步驟；將所述自檢子步驟輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號與信號誤差模型進(jìn)行比較并將在容差范圍內(nèi)的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號輸出的比較子步驟；以及將所述比較子步驟輸出的中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行濾波處理并輸出給所述中頻處理單元的處理子步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法，其中，所述故障檢測隔離步驟還包括中斷信號復(fù)現(xiàn)子步驟，當(dāng)所述射頻信號接收步驟中所接收的所述射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號瞬間中斷時，進(jìn)行中斷信號的復(fù)現(xiàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16-19任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述方法還包括輔助信息接收處理步驟，其用于從機(jī)場GNS S基站接收實(shí)時的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)并通知所述中頻信號處理單元捕獲所述有效衛(wèi)星的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其包括射頻信號接收單元，其用于接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；射頻信號處理前端單元，其用于對所述射頻信號接收單元所接收的射頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行混頻、降頻處理從而得到中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號；中頻信號處理單元，其用于進(jìn)行捕獲、跟蹤中頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號以及信息解算并將解算信息輸出給接收終端，中頻信號處理單元為駐留在通用處理器中的可編輯程序。該機(jī)載導(dǎo)航定位系統(tǒng)克服了芯片一旦定型用戶就很難改變相應(yīng)的參數(shù)或更換新的算法的缺陷，其不僅具有綜合化的集中處理能力，還具有開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)資源的高效利用。
文檔編號G01S19/24GK102331579SQ201110209939
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者嚴(yán)林芳, 周貴榮, 苗劍峰, 趙春玲 申請人:中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司, 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院