專(zhuān)利名稱(chēng)：一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星發(fā)射無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行定位導(dǎo)航，具有全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航、定位、測(cè)速和授時(shí)功能。目前，它已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航制導(dǎo)、工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、氣象學(xué)和大氣物理學(xué)等領(lǐng)域。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)由三部分組成，即空間衛(wèi)星星座部分、地面監(jiān)控部分、用戶(hù)設(shè)備部分(衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)或模塊)。當(dāng)前的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS, Global NavigationSatellite System)包括美國(guó)的GPS、俄羅斯的GL0NASS、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及歐盟正在建設(shè)中的GALILEO系統(tǒng)，GNSS綜合了多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)，增加了整個(gè)系統(tǒng) 可視衛(wèi)星的數(shù)目，改善了衛(wèi)星的分布和精度因子，在任何地方都有較大角度的多個(gè)衛(wèi)星可供觀測(cè)，因此，GNSS具有更強(qiáng)的可用性、可靠性以及更高的定位精度和更好的完好性。利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行氣象探空是一種新型的氣象探測(cè)手段，替代傳統(tǒng)的無(wú)線電經(jīng)緯儀或雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行定位，獲取風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)，大大地提高了氣象探空的準(zhǔn)確性，同時(shí)降低了地面設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)的成本。如圖I所示，衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空系統(tǒng)包括球上設(shè)備和地面設(shè)備，球上設(shè)備包括探空氣球和衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，用于完成氣象探空數(shù)據(jù)的采集、編碼、調(diào)制和發(fā)射；地面設(shè)備包括地面接收機(jī)和監(jiān)控終端，用于完成氣象探空數(shù)據(jù)的接收、解調(diào)、譯碼和處理。其中，衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀是利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的氣象探測(cè)和高空測(cè)風(fēng)的有效工具，它包括衛(wèi)星導(dǎo)航定位部分、TPU (溫度、氣壓、濕度)測(cè)量部分、CPU部分及無(wú)線通信部分。衛(wèi)星導(dǎo)航定位部分接收和處理導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，提供精確的位置、速度和時(shí)間信息，用于測(cè)風(fēng)和氣壓反算；Tro測(cè)量部分由溫度、氣壓、濕度傳感器和測(cè)量電路等組成，用于采集不同高程處的溫度、氣壓和濕度信息；CPU部分由微處理器及外圍電路構(gòu)成，用于完成數(shù)據(jù)的采集、控制、處理和發(fā)送；無(wú)線通信部分用于將導(dǎo)航定位信息和TPU信息進(jìn)行調(diào)制、放大并發(fā)射給地面設(shè)備。一般的衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。如圖2所示，為現(xiàn)有的模塊化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀組成原理示意圖，包括衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、TPU測(cè)量單元以及無(wú)線通信單元，其工作原理為衛(wèi)星導(dǎo)航模塊通過(guò)衛(wèi)星接收天線接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，在模塊內(nèi)部經(jīng)射頻部分進(jìn)行信號(hào)放大、濾波、下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字中頻信號(hào)，繼而由基帶處理部分對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行處理，最后由處理器單元I實(shí)現(xiàn)位置、速度、時(shí)間等導(dǎo)航信息的解算測(cè)量單元通過(guò)處理器單元2和ADC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自溫度、氣壓和濕度傳感器的信號(hào)采集，獲取實(shí)時(shí)的溫度、氣壓和濕度信息；另外還包括一個(gè)處理器單元3，將來(lái)自衛(wèi)星導(dǎo)航模塊和TPU測(cè)量單元的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼處理，發(fā)送給無(wú)線通信單元；無(wú)線通信單元將編碼后的數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)制電路調(diào)制成L波段或P波段無(wú)線信號(hào)，經(jīng)功率放大后通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射給地面設(shè)備。模塊化的衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀一般需要采用多個(gè)處理器，由圖2可看出，共采用了3個(gè)處理器，系統(tǒng)比較復(fù)雜，處理器單元之間的數(shù)據(jù)傳輸需要通過(guò)串口，數(shù)據(jù)處理效率比較低，同時(shí)，其體積和功耗較大，這對(duì)于對(duì)成本、體積和功耗比較敏感的氣象探空儀是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的模塊化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀的缺陷和不足，提出了一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，僅使用一個(gè)處理器，同時(shí)進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航解算以及溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)采集處理和無(wú)線通信控制，有效地降低了衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀的復(fù)雜度，提高了數(shù)據(jù)處理的效率，并且，節(jié)省了空間，減小了體積，降低了成本和功耗。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，包括與衛(wèi)星接收天線連接的衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元、TPU測(cè)量單元、與發(fā)射天線連接的功率放大單元以及處理器單元，所述處理器單元包括處理器，所述處理器上集成有衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器以及無(wú)線通信調(diào)制模塊，所述衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊與衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元連接，所述ADC轉(zhuǎn)換器與TPU測(cè) 量單元連接，所述無(wú)線通信調(diào)制模塊與功率放大單元連接；所述處理器單元用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出的數(shù)字中頻信號(hào)，完成衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)字中頻信號(hào)的處理和基帶解算，獲取位置、速度、時(shí)間等導(dǎo)航信息，同時(shí)完成對(duì)來(lái)自TPU測(cè)量單元的溫度、氣壓和濕度的信號(hào)采集處理，獲取實(shí)時(shí)的溫度、氣壓和濕度等TPU信息，并完成衛(wèi)星導(dǎo)航信息和TPU信息的編碼和調(diào)制，將調(diào)制后的無(wú)線信號(hào)發(fā)送給功率放大單元，經(jīng)過(guò)功率放大后的無(wú)線信號(hào)通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射給地面設(shè)備。所述處理器包括但不限于ARM、MIPS、DSP、FPGA或MCU等處理器。所述處理器包括CPU及常用外圍接口和/或存儲(chǔ)器，所述常用外圍接口指USB、SPI、IIC、UART、GPI0 等。所述處理器上所集成的衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊為單模基帶處理模塊或多?；鶐幚砟K。所述處理器上所集成的無(wú)線通信調(diào)制模塊所調(diào)制的無(wú)線信號(hào)包括P波段無(wú)線信號(hào)或L波段無(wú)線信號(hào)或其他可以用來(lái)進(jìn)行氣象探空數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)。所述衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元用于完成由衛(wèi)星接收天線轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的放大、濾波、下變頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字中頻信號(hào)；所述衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元包括一路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元或多路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元，所述一路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出一路數(shù)字中頻信號(hào)，所述多路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出多路數(shù)字中頻信號(hào)。所述TPU測(cè)量單元包括溫度傳感器、氣壓傳感器和濕度傳感器。所述集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀所應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括美國(guó)的GPS系統(tǒng)，俄羅斯GL0NASS系統(tǒng)，中國(guó)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(dǎo)航系統(tǒng)中的一種或多種的組合。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明提供的一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，僅采用一個(gè)處理器，將衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器、無(wú)線通信調(diào)制模塊與CPU、存儲(chǔ)器及常用外圍接口均集成在同一個(gè)處理器上，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理和解算、TPU數(shù)據(jù)采集處理及無(wú)線通信控制。這樣，既減少了處理器的數(shù)量，有效地降低了衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀的復(fù)雜度，省去了處理器之間的串口傳輸環(huán)節(jié)，提高了數(shù)據(jù)處理的效率，又節(jié)省了空間，減小了體積，降低了成本和功耗。本發(fā)明集成化的衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀所采用的處理器，可以采取靈活集成的方式，處理器上集成有衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器、無(wú)線通信調(diào)制模塊、CPU、存儲(chǔ)器及常用外圍接口，還可以集成其他與衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空有關(guān)的模塊，如衛(wèi)星導(dǎo)航射頻模塊等；除CPU及常用外圍接口外，其他部分可以選擇是否集成。


圖I為衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有的模塊化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀組成原理示意圖。圖3為本發(fā)明的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀組成原理示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖3所示，為本發(fā)明的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀組成原理示意圖。包括與衛(wèi)星接收天線連接的衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元、TPU測(cè)量單元、與發(fā)射天線連接的功率放大單元以及處理器單元，處理器單元包括處理器，處理器上集成有衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器以及無(wú)線通信調(diào)制模塊，衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊與衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元連接，ADC轉(zhuǎn)換器與TPU測(cè)量單元連接，無(wú)線通信調(diào)制模塊與功率放大單元連接；所述處理器單元用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出的數(shù)字中頻信號(hào)，完成衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)字中頻信號(hào)的處理和基帶解算，獲取位置、速度、時(shí)間等導(dǎo)航信息，同時(shí)完成對(duì)來(lái)自TPU測(cè)量單元的溫度、氣壓和濕度的信號(hào)采集處理，獲取實(shí)時(shí)的溫度、氣壓和濕度等TPU信息，并完成導(dǎo)航信息和TPU信息的編碼和調(diào)制，將調(diào)制后的無(wú)線信號(hào)發(fā)送給功率放大單元，經(jīng)過(guò)功率放大后的無(wú)線信號(hào)通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射給地面設(shè)備。其中，衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元用于完成由衛(wèi)星接收天線轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的放大、濾波、下變頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字中頻信號(hào)，可以是一路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元或多路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元，一路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出一路數(shù)字中頻信號(hào)，多路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出多路數(shù)字中頻信號(hào)測(cè)量單元包括溫度傳感器、氣壓傳感器和濕度傳感器，輸出不同高程處的溫度、氣壓和濕度信息。本發(fā)明的處理器單元中的處理器是高集成度的一體化芯片，包含但不限于集成衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器、無(wú)線通信調(diào)制模塊、CPU、存儲(chǔ)器及常用的外圍接口，還可以集成其他與衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空有關(guān)的模塊，如衛(wèi)星導(dǎo)航射頻模塊等；可以采取靈活集成的方式，即除CPU及常用外圍接口外，其他部分可以選擇是否集成。所述處理器包括但不限于ARM、MIPS、DSP、FPGA或MCU等各種類(lèi)型的處理器；所述處理器包括CPU及常用外圍接口和/或存儲(chǔ)器，所述常用外圍接口指USB、SPI、IIC、UART、GPIO等。處理器上還可以集成其他與衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀有關(guān)的模塊，如衛(wèi)星導(dǎo)航射頻模塊。處理器上所集成的衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊為單模基帶處理模塊或多?；鶐幚砟K；處理器上所集成的無(wú)線通信調(diào)制模塊所調(diào)制的無(wú)線信號(hào)包括P波段無(wú)線信號(hào)或L波段無(wú)線信號(hào)或其他可以用來(lái)進(jìn)行氣象探空數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信信號(hào)。
本發(fā)明的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀所應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括美國(guó)的GPS系統(tǒng)，俄羅斯GL0NASS系統(tǒng)，中國(guó)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(dǎo)航系統(tǒng)中的一種或多種的組合。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同 替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專(zhuān)利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，包括與衛(wèi)星接收天線連接的衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元、TPU測(cè)量單元、與發(fā)射天線連接的功率放大單元以及處理器單元，所述處理器單元包括處理器，所述處理器上集成有衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器以及無(wú)線通信調(diào)制模塊，所述衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊與衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元連接，所述ADC轉(zhuǎn)換器與TPU測(cè)量單元連接，所述無(wú)線通信調(diào)制模塊與功率放大單元連接；所述處理器單元用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出的數(shù)字中頻信號(hào)，完成衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)字中頻信號(hào)的處理和基帶解算，獲取位置、速度、時(shí)間等導(dǎo)航信息，同時(shí)完成對(duì)來(lái)自TPU測(cè)量單元的溫度、氣壓和濕度的信號(hào)采集處理，獲取實(shí)時(shí)的溫度、氣壓和濕度等TPU信息，并完成衛(wèi)星導(dǎo)航信息和TPU信息的編碼和調(diào)制，將調(diào)制后的無(wú)線信號(hào)發(fā)送給功率放大單元，經(jīng)過(guò)功率放大后的無(wú)線信號(hào)通過(guò)發(fā)射天線發(fā)射給地面設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述處理器包括但不限于ARM、MIPS、DSP、FPGA或MCU等處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述處理器包括CPU及常用外圍接口和/或存儲(chǔ)器，所述常用外圍接口指USB、SPI、IIC、UART、GPIO等。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述處理器所集成的衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊為單?；鶐幚砟K或多?；鶐幚砟K。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述處理器所集成的無(wú)線通信調(diào)制模塊所調(diào)制的無(wú)線信號(hào)包括P波段無(wú)線信號(hào)或L波段無(wú)線信號(hào)或其他可以用來(lái)進(jìn)行氣象探空數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元用于完成由衛(wèi)星接收天線轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的放大、濾波、下變頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字中頻信號(hào)；所述衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元包括一路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元或多路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元，所述一路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出一路數(shù)字中頻信號(hào)，所述多路衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元輸出多路數(shù)字中頻信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述TPU測(cè)量單元包括溫度傳感器、氣壓傳感器和濕度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6之一所述的集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，其特征在于，所述集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀所應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括美國(guó)的GPS系統(tǒng)，俄羅斯GLONASS系統(tǒng)，中國(guó)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(dǎo)航系統(tǒng)中的一種或多種的組合。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種集成化衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀，僅使用一個(gè)處理器，同時(shí)進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航解算以及溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)采集處理和無(wú)線通信控制，有效地降低了衛(wèi)星導(dǎo)航氣象探空儀的復(fù)雜度，提高了數(shù)據(jù)處理的效率，并且，節(jié)省了空間，減小了體積，降低了成本和功耗。包括與衛(wèi)星接收天線連接的衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元、TPU測(cè)量單元、與發(fā)射天線連接的功率放大單元以及處理器單元，所述處理器單元包括處理器，所述處理器上集成有衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊、ADC轉(zhuǎn)換器以及無(wú)線通信調(diào)制模塊，所述衛(wèi)星導(dǎo)航基帶處理模塊與衛(wèi)星導(dǎo)航射頻單元連接，所述ADC轉(zhuǎn)換器與TPU測(cè)量單元連接，所述無(wú)線通信調(diào)制模塊與功率放大單元連接。
文檔編號(hào)G01W1/08GK102890295SQ201210371829
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
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