高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)，其特征是：由北斗接收機(jī)、零電氣相位中心天線、外接顯控器、差分信息接收設(shè)備和鋰電池組成，北斗接收機(jī)分別以RS232串口數(shù)據(jù)線與差分信息接收設(shè)備和外接顯控器連接，北斗接收機(jī)以射頻同軸電纜與零電氣相位中心天線連接；高精度測(cè)量軟件運(yùn)行在北斗接收機(jī)的硬件平臺(tái)上。本發(fā)明利用北斗衛(wèi)星載波相位差分測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速高精度測(cè)量的方法。該高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)利用北斗衛(wèi)星載波相位差分測(cè)量技術(shù)，可以大范圍地保證測(cè)量精度，操作簡(jiǎn)單，保障速度快，是一種較好的解決大作戰(zhàn)地域快速測(cè)地保障的方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種快速高精度精確定位的高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，測(cè)定高精度位置的方法主要有：慣性定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)、導(dǎo)線法、GPS載波 相位差分法。
[0003] 慣性定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)是利用陀螺本身的物理特性和地球自轉(zhuǎn)的影響，實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 尋找真北方向和位置，具有自主能力強(qiáng)，精度高，隱蔽性和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但也存在價(jià) 格昂貴、體積較大、依賴(lài)已知點(diǎn)、標(biāo)校復(fù)雜、作業(yè)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。
[0004] 導(dǎo)線法是從已知點(diǎn)用高精度測(cè)角器材、測(cè)距器材采用連續(xù)測(cè)量完成，為保證較好 的通視性和測(cè)量精度，一般每條導(dǎo)線邊長(zhǎng)都盡量控制在Ikm左右，因而導(dǎo)線法主要問(wèn)題是 操作復(fù)雜、耗費(fèi)人力、保障時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)生疏地域保障難度更大。
[0005] GPS載波相位差分法是GPS接收機(jī)接收GPS基準(zhǔn)站播發(fā)的載波相位差分改正數(shù)，利 用GPS載波相位差分技術(shù)消除隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差影響，如衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘誤差、電 離層誤差、對(duì)流層誤差和地球自轉(zhuǎn)、測(cè)量噪聲等，從而提高定位精度。但是GPS導(dǎo)航信息受 控于國(guó)外衛(wèi)星，且易被干擾，特別是一旦發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，使用極不可靠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有高精度定位方法和裝備的不足，本發(fā)明提供一種新的高精度定位方 法和設(shè)備，該方法和設(shè)備能快速、準(zhǔn)確測(cè)定出需要的位置，且價(jià)格便宜。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)，其 特征是：由北斗接收機(jī)、零電氣相位中心天線、外接顯控器、差分信息接收設(shè)備和鋰電池組 成，北斗接收機(jī)分別以RS232串口數(shù)據(jù)線與差分信息接收設(shè)備和外接顯控器連接，北斗接 收機(jī)以射頻同軸電纜與零電氣相位中心天線連接；高精度測(cè)量軟件運(yùn)行在北斗接收機(jī)的硬 件平臺(tái)上。
[0008] 通過(guò)接收BD-2衛(wèi)星播發(fā)的RNSS導(dǎo)航信號(hào)（B1、B3)和接收GPS衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信 號(hào)（LI )，實(shí)現(xiàn)北斗RNSS定位和GPS定位功能；通過(guò)差分信息接收設(shè)備接收北斗基準(zhǔn)站播發(fā) 的偽距差分信息和載波相位差分信息，實(shí)現(xiàn)北斗偽距差分定位和載波相位差分高精度測(cè)量 功能。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：利用北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了野戰(zhàn)條件下快速、高精 度、低成本的定位手段。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1本發(fā)明的整體構(gòu)成框圖； 圖2是本發(fā)明北斗接收機(jī)的構(gòu)成框圖； 圖2-1是射頻通道處理模塊的設(shè)計(jì)框圖； 圖2-2是射頻通道處理模塊功能框圖； 圖2-3是基帶信號(hào)處理部分的實(shí)現(xiàn)框圖； 圖2-4是ARM結(jié)構(gòu)框圖； 圖2-5信息處理模塊的實(shí)現(xiàn)框圖； 圖3是本發(fā)明信息處理流程圖； 圖3-1是系統(tǒng)設(shè)置及初始化流程圖； 圖3-2是設(shè)置BP207捕獲流程圖； 圖3_3是讀取導(dǎo)航電文流程圖； 圖3-4是讀取觀測(cè)量流程圖； 圖3_5是IC芯片彳目息受互流程圖； 圖3-6是PRM信息交互流程圖； 圖3_7是電文解析流程圖； 圖3-8是單點(diǎn)定位流程圖； 圖3-9是偽距差分定位流程圖； 圖3-10是載波相位差分定位流程圖。
[0011] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、零電氣相位中心天線；2、外接顯控器；3、北斗接收機(jī)；4、差分信 息接收設(shè)備。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 參見(jiàn)圖1-圖3-10,本發(fā)明一種高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)，由北斗接收機(jī)3、零電 氣相位中心天線1、外接顯控器2、差分信息接收設(shè)備4和電源組成，北斗接收機(jī)3分別以 RS232串口數(shù)據(jù)線與差分信息接收設(shè)備4和外接顯控器2連接，北斗接收機(jī)3以射頻同軸電 纜與零電氣相位中心天線1連接。高精度測(cè)量軟件運(yùn)行在北斗接收機(jī)3的硬件平臺(tái)上。
[0013] 所述的北斗接收機(jī)3包括雙通道射頻模塊、基帶信號(hào)處理模塊、信息處理模塊、 PRM模塊和保密模塊，雙通道射頻模塊的輸入端與零電氣相位中心天線1連接，雙通道射頻 模塊的輸出端與基帶信號(hào)處理模塊的對(duì)應(yīng)端連接，在基帶信號(hào)處理模塊的其他端口還分別 與信息處理模塊、PRM模塊和保密模塊連接，信息處理模塊與外接顯控器2和實(shí)時(shí)鐘電路連 接。
[0014] 本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，將一臺(tái)北斗差分基準(zhǔn)站的零電氣相位中心天線架設(shè)在精確已知 的點(diǎn)位上，一臺(tái)本發(fā)明的零電氣相位中心天線1架設(shè)在待測(cè)量點(diǎn)上，兩臺(tái)設(shè)備分別開(kāi)機(jī)，將 本發(fā)明的工作模式設(shè)置在載波相位差分模式，北斗基準(zhǔn)站開(kāi)始發(fā)播北斗載波相位差分信 息，待本發(fā)明定位后，輸出定位信息在本發(fā)明外接顯控器2上顯示，此結(jié)果即為待測(cè)點(diǎn)的精 確位置。
[0015] 工作時(shí)，北斗接收機(jī)自動(dòng)接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定位，差分信息接收設(shè)備 接收到北斗基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信息后，通過(guò)RS232串口傳給北斗接收機(jī)，北斗接收機(jī)自動(dòng) 轉(zhuǎn)入載波相位差分定位，此時(shí)的定位結(jié)果精度較高(水平± (10mm+l X I(T6D),高程士 (20mm+2 X 10_6D)，北斗接收機(jī)將定位結(jié)果通過(guò)RS232串口傳給外接顯控器2顯示。北斗接 收機(jī)3以ARM處理器為核心、集成有北斗基帶芯片BP2007,操作系統(tǒng)采用Windows CE6. 0。 [0016] 本發(fā)明利用北斗衛(wèi)星載波相位差分測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速高精度的測(cè)地保障，北斗 用戶(hù)機(jī)3可自動(dòng)接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定位；差分信息接收設(shè)備4接收到北斗基準(zhǔn)站 播發(fā)的差分信息后，北斗用戶(hù)機(jī)3自動(dòng)轉(zhuǎn)入載波相位差分定位；高精度測(cè)量軟件具有衛(wèi)星 捕獲、跟蹤、自動(dòng)選星、單點(diǎn)定位、偽距差分定位和載波相位差分定位功能。
[0017] 本發(fā)明中各模塊硬件設(shè)計(jì)和工作原理詳述如下： 1)雙通道射頻模塊： 參見(jiàn)圖2-2,雙通道射頻模塊采用二次變頻方法，由低噪聲放大器（LNA)、鏡像抑制射 頻混頻器（RF Mixer)、中頻可變?cè)鲆娣糯笃鳎↖F VGA)、中頻混頻器（IF Mixer)、低通濾波器 (LPF)、自動(dòng)增益控制電路（AGC)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路（AD)組成。
[0018] 2)基帶信號(hào)處理模塊： 參見(jiàn)圖2-3,基帶信號(hào)處理模塊的16路接收通道按照信息處理模塊的配置，對(duì)應(yīng)接收 B1/LUB3頻點(diǎn)的中頻導(dǎo)航信號(hào)。中頻信號(hào)分別經(jīng)過(guò)A/D變換轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，首先進(jìn)入精密 測(cè)距碼直捕模塊，實(shí)現(xiàn)精密測(cè)距碼的直接捕獲，并提供載波多普勒的估計(jì)值，然后進(jìn)入各個(gè) 接收通道，與恢復(fù)的本地?cái)?shù)字載波和本地偽碼進(jìn)行相關(guān)處理，完成導(dǎo)航信號(hào)載波和偽碼的 二維捕獲；之后進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，根據(jù)積分觀測(cè)量實(shí)時(shí)計(jì)算載波環(huán)和碼環(huán)的跟蹤誤差，維持信 號(hào)的精密跟蹤；搜索幀同步頭，驗(yàn)證幀同步后解調(diào)出原始導(dǎo)航電文，經(jīng)解交織、譯碼、電文轉(zhuǎn) 換、解密后得到可用的導(dǎo)航電文，與從跟蹤環(huán)路中提取出的偽距、載波相位及多普勒觀測(cè)量 一起，送到后面的信息處理模塊。
[0019] 3)信息處理模塊： 參見(jiàn)圖2-5,信息處理模塊是本機(jī)的處理核心。根據(jù)實(shí)時(shí)鐘模塊提供的時(shí)間信息和衛(wèi) 星星歷參數(shù)，確定需要捕獲的衛(wèi)星信號(hào)，配置相應(yīng)的基帶信號(hào)處理模塊通道；通道捕獲結(jié)束 后，在跟蹤狀態(tài)下，確定合理的定位模式，由基帶信號(hào)處理模塊提供的偽距、載波相位及多 普勒觀測(cè)量，解算出用戶(hù)機(jī)當(dāng)前的位置、速度、鐘差和鐘差變化率，實(shí)現(xiàn)北斗/GPS多種工作 模式下定位、授時(shí)功能；根據(jù)差分信息接收設(shè)備提供的北斗偽距差分信息和載波相位差分 信息，實(shí)現(xiàn)北斗偽距差分定位和載波相位差分高精度測(cè)量功能；根據(jù)解算出的鐘差參數(shù)修 正RTC的時(shí)間，并修正基帶信號(hào)處理模塊的秒脈沖，實(shí)現(xiàn)授時(shí)功能。
[0020] 信息處理模塊核心處理器選用了三星公司的ARM芯片S3C6410XH-66,該芯片是一 款16/32位低成本、低功耗、高性能的RISC微處理器。芯片支持豐富的存儲(chǔ)器接口，如DDR 、SDRAM、FLASH和ROM等，此外片內(nèi)還集成了 UART、USB、SD和IIC等多種設(shè)備控制器，能夠 滿(mǎn)足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。ARM結(jié)構(gòu)框圖如圖2-4所示。
[0021] 4)外接顯控器、實(shí)時(shí)鐘模塊、電源及電池模塊、PRM模塊與保密模塊： 外接顯控器通過(guò)人機(jī)界面，接收操作人員的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的控制功能，接收主機(jī)發(fā) 送的位置等信息并顯示。
[0022] 實(shí)時(shí)鐘模塊不間斷加電，在高精度晶體振蕩器提供的頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，維持時(shí)鐘 的運(yùn)轉(zhuǎn)，為整機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)提供當(dāng)前時(shí)間，從而保證精密測(cè)距碼直捕功能的實(shí)現(xiàn)。
[0023] 電源及電池模塊為整機(jī)各工作模塊提供各種穩(wěn)定的直流電源。
[0024] PRM模塊與保密模塊是專(zhuān)用模塊，為用戶(hù)機(jī)提供各種相關(guān)的參數(shù)。
[0025] 本發(fā)明的總的信息處理流程如圖3所示，通過(guò)BD-2衛(wèi)星播發(fā)的RNSS導(dǎo)航信號(hào) (Bl、B3)和接收GPS衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信號(hào)（L1)，進(jìn)行衛(wèi)星位置計(jì)算；衛(wèi)星與地面距離計(jì)算； 通過(guò)差分信息接收設(shè)備接收北斗基準(zhǔn)站播發(fā)的偽距差分信息和載波相位差分信息，實(shí)現(xiàn)北 斗偽距差分定位和載波相位差分高精度測(cè)量功能。
[0026] 圖3中的信息處理流程各步驟的具體工作流程如下： 1、 系統(tǒng)設(shè)置及初始化流程如圖3-1所示； 2、 設(shè)置BP207捕獲流程如圖3-2所示； 3、 讀取導(dǎo)航電文流程如圖3-3所示； 4、 讀取觀測(cè)量流程如圖3_4所不； 5、 IC芯片信息交互流程如圖3-5所示； 6、 PRM信息交互流程如圖3-6所示； 7、 電文解析流程如圖3-7所不； 8、 單點(diǎn)定位流程如圖3_8所不； 9、 偽距差分定位流程如圖3-9所示； 10、 載波相位差分定位流程如圖3-10所示。
【權(quán)利要求】
1. 一種高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)，其特征是：由北斗接收機(jī)、零電氣相位中心天線、夕卜 接顯控器、差分信息接收設(shè)備和鋰電池組成，北斗接收機(jī)分別以RS232串口數(shù)據(jù)線與差分 信息接收設(shè)備和外接顯控器連接，北斗接收機(jī)以射頻同軸電纜與零電氣相位中心天線連 接；高精度測(cè)量軟件運(yùn)行在北斗接收機(jī)的硬件平臺(tái)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)，其特征在于，所述的北斗接收機(jī) 包括雙通道射頻模塊、基帶信號(hào)處理模塊、信息處理模塊、PRM模塊和保密模塊，雙通道射頻 模塊的輸入端與零電氣相位中心天線連接，雙通道射頻模塊的輸出端與基帶信號(hào)處理模塊 的對(duì)應(yīng)端連接，在基帶信號(hào)處理模塊的其他端口還分別與信息處理模塊、PRM模塊和保密模 塊連接，信息處理模塊與外接顯控器和實(shí)時(shí)鐘電路連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度測(cè)量型北斗用戶(hù)機(jī)，其特征在于，工作時(shí)，北斗接收機(jī) 自動(dòng)接收北斗衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定位；差分信息接收設(shè)備接收到北斗基準(zhǔn)站播發(fā)的差分 信息后，通過(guò)RS232串口傳給北斗接收機(jī)，北斗接收機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)入載波相位差分定位，北斗接 收機(jī)將定位結(jié)果通過(guò)RS232串口傳給外接顯控器顯示。
【文檔編號(hào)】G01S19/33GK104407364SQ201410605802
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】王立兵, 高宏, 任曦明, 徐建成, 李超, 吳志成, 時(shí)荔蕙, 賈永軍, 楊麗博, 楊濤, 朱保華 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍63961部隊(duì), 江蘇無(wú)線電廠有限公司