本實用新型涉及一種衛(wèi)星通信設(shè)備,特別是一種北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換設(shè)備。

背景技術(shù)：

自2012年底北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)正式投入應(yīng)用，中國的衛(wèi)星導航應(yīng)用得到飛速發(fā)展，涉及國民生產(chǎn)的許多重要行業(yè)，包括民航、物流、電信、交通、金融、電力等領(lǐng)域。但目前全球定位系統(tǒng)GPS接收機占據(jù)了絕大多數(shù)的導航終端設(shè)備市場，在各行各業(yè)中使用北斗二代接收機設(shè)備取代GPS接收機設(shè)備需要一個漫長的過渡過程。在這個過程中，通過附加轉(zhuǎn)換設(shè)備使GPS接收機與北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)建立通信，并能在僅存在北斗二代導航信號的環(huán)境中正常工作具有巨大的國防價值和經(jīng)濟價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器,要解決的技術(shù)問題是GPS接收機適用于北斗二代衛(wèi)星導航通信系統(tǒng)。

本實用新型采用以下技術(shù)方案： 一種北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，設(shè)有北斗二代衛(wèi)星信號接收單元，北斗二代衛(wèi)星信號接收單元接衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元和時間基準生成單元，衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元接導航電文生成單元和測距碼生成單元，時間基準生成單元接測距碼生成單元和載波生成單元，導航電文生成單元、測距碼生成單元和載波生成單元經(jīng)信號綜合單元接射頻發(fā)生單元。

本實用新型的北斗二代衛(wèi)星信號接收單元接收北斗二代衛(wèi)星連續(xù)發(fā)出的帶有時間和位置信息的、頻率為1561.098MHz的衛(wèi)星信號，從衛(wèi)星信號中獲取北斗二代衛(wèi)星的衛(wèi)星運動狀態(tài)信息，計算獲取北斗二代衛(wèi)星的坐標與北斗二代衛(wèi)星信號接收單元的距離，從衛(wèi)星信號中獲得的基準時間信息中每秒產(chǎn)生一個脈沖信號作為秒脈沖，向衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元輸出NMEA-0183格式的定位結(jié)果數(shù)據(jù)、NMEA-0183格式的北斗二代衛(wèi)星運動狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，向時間基準生成單元輸出定時秒脈沖信號。

本實用新型的衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元接收北斗二代衛(wèi)星信號接收單元輸出的定位結(jié)果、北斗二代衛(wèi)星運動狀態(tài)信息，計算GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，向?qū)Ш诫娢纳蓡卧敵鯣PS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，向測距碼生成單元輸出定位結(jié)果和GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)。

本實用新型的時間基準生成單元接收北斗二代衛(wèi)星信號接收單元輸出的定時秒脈沖信號，每毫秒生成重復頻率為1kHz，占空比小于1%的定時同步脈沖信號，向測距碼生成單元和載波生成單元輸出。

本實用新型的導航電文生成單元接收衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元傳輸來的GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，生成GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星信號導航電文，向信號綜合單元輸出。

本實用新型的測距碼生成單元接收衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元傳輸來的定位結(jié)果和GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，接收時間基準生成單元傳輸來的定時同步脈沖信號，在定時同步脈沖信號的驅(qū)動下，用定位結(jié)果和GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，生成GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號，向信號綜合單元輸出。

本實用新型的載波生成單元接收時間基準生成單元的定時同步脈沖信號，在定時同步脈沖信號的驅(qū)動下，生成GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星正弦波載波信號，向信號綜合單元輸出。

本實用新型的信號綜合單元使用GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號，對導航電文進行擴頻，使用二進制相移鍵控方式調(diào)制到正弦波載波信號上，并疊加多普勒頻移，生成GPS中頻信號，發(fā)送至射頻發(fā)生單元。

本實用新型的射頻發(fā)生單元接收GPS中頻信號，變頻至1575.24MHz，產(chǎn)生GPS射頻信號，發(fā)送到GPS接收機。

本實用新型的北斗二代衛(wèi)星信號接收單元、導航電文生成單元、測距碼生成單元、載波生成單元和信號綜合單元采用M300 GNSS型接收機，衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元采用HG-USB30-B型極速衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換板，時間基準生成單元采用THTM-HCM2型高精度時鐘同步模塊，射頻發(fā)生單元采用GNRF0302 GNSS型射頻板。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用北斗二代衛(wèi)星信號接收單元獲得北斗二代衛(wèi)星接收機位置的定位結(jié)果、速度、時間信息和衛(wèi)星運動狀態(tài)信息，轉(zhuǎn)換為模擬的GPS衛(wèi)星信號，使GPS接收機適用于北斗二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并能在僅存在北斗二代衛(wèi)星導航信號的環(huán)境中具有正常工作能力。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型的時間基準生成單元的輸入輸出波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施實例對本實用新型作進一步詳細說明。如圖1所示，本實用新型的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，由北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101、衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102、時間基準生成單元103、導航電文生成單元104、測距碼生成單元105、載波生成單元106、信號綜合單元107和射頻發(fā)生單元108組成。

北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101用于接收位于離地面2萬多千米高空的北斗二代衛(wèi)星（衛(wèi)星）連續(xù)發(fā)出的帶有時間和位置信息的、頻率為1561.098MHz的無線電信號（衛(wèi)星信號）。

從衛(wèi)星信號中解析出信號中的導航電文獲取北斗二代衛(wèi)星的衛(wèi)星運動狀態(tài)信息。衛(wèi)星運動狀態(tài)信息為北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)時間、星歷、歷書、衛(wèi)星時鐘的修正參數(shù)、導航衛(wèi)星健康狀況和電離層延時模型參數(shù)。

從衛(wèi)星信號中計算獲取北斗二代衛(wèi)星的坐標與北斗二代衛(wèi)星到觀測點（北斗二代衛(wèi)星接收機，北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101）的距離。

計算按以下方程組〔《GPS原理及應(yīng)用（第二版）》第39頁，（美）卡普蘭，（美）赫加蒂主編，寇艷紅譯，電子工業(yè)出版社，2012年8月〕計算北斗二代衛(wèi)星接收機位置：

（1）

式（1）中，X_r、Y_r、Z_r為北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101（接收機ECEF，地心地固坐標系）的三維位置坐標， X_i、Y_i、Z_i為北斗二代衛(wèi)星的三維位置坐標， dT_r為接收機鐘差，r_i為衛(wèi)星到接收機的幾何距離，psr_i為接收機測得的偽距，i=1、2、3、4，c為光速，T_iono為電離層延遲誤差,T_trop為對流層延遲誤差, T_relav為相對誤差，dT_sv為北斗二代衛(wèi)星鐘差,R_noise為接收機內(nèi)部噪聲造成的距離偏差。

得到該北斗二代衛(wèi)星接收機位置的定位結(jié)果（定位結(jié)果，接收機坐標）后，從衛(wèi)星信號中獲得的基準時間信息中每秒產(chǎn)生一個脈沖信號作為秒脈沖。向衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102輸出NMEA-0183格式的定位結(jié)果數(shù)據(jù)、NMEA-0183格式的北斗二代衛(wèi)星運動狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，向時間基準生成單元103輸出定時秒脈沖信號。

衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102接收北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101輸出的定位結(jié)果、北斗二代衛(wèi)星運動狀態(tài)信息。計算GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)。向?qū)Ш诫娢纳蓡卧?04輸出GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，向測距碼生成單元105輸出定位結(jié)果和GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)。

時間基準生成單元103接收北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101輸出的定時秒脈沖信號，該信號是由時間基準每秒產(chǎn)生一個脈沖信號，同時每毫秒生成重復頻率為1kHz，占空比小于1%的定時同步脈沖信號，信號類型為方波。向測距碼生成單元105和載波生成單元106輸出。如圖2所示，時間基準生成單元103接收北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101輸出的定時秒脈沖信號，與時間基準生成單元103產(chǎn)生的定時同步脈沖信號相比，接收機的時間基準與北斗二代衛(wèi)星時間保持保持嚴格的一致。

導航電文生成單元104接收衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102傳輸來的GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，按照GPS接口標準IS-GPS-200F規(guī)定的格式生成GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星信號導航電文，向信號綜合單元107輸出。GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星信號導航電文為符合GPS接口標準 IS-GPS-200F的GPS導航電文數(shù)據(jù)。

測距碼生成單元105接收衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102傳輸來的定位結(jié)果和GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，接收時間基準生成單元103傳輸來的定時同步脈沖信號。在定時同步脈沖信號的驅(qū)動下，用定位結(jié)果和GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星狀態(tài)，按照GPS接口標準IS-GPS-200F規(guī)定的格式，生成GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號，向信號綜合單元107輸出。GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號為衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102指定的偽隨機噪聲碼PRN(pseudo random noise code)的GPS L1載波粗捕獲碼L1 C/A碼信號。

載波生成單元106接收時間基準生成單元103的定時同步脈沖信號，在定時同步脈沖信號的驅(qū)動下，按照GPS接口標準IS-GPS-200F規(guī)定的格式，生成GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星載波信號，向信號綜合單元107輸出。GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星載波信號為正弦波采樣信號，頻率為4.092MHz，采樣率為160MHz。

信號綜合單元107接收導航電文生成單元104傳輸來的GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星信號導航電文（導航電文），接收測距碼生成單元105傳輸來的GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號，接收載波生成單元106傳輸來的GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星載波信號。使用GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號，對導航電文進行擴頻，使用二進制相移鍵控BPSK方式調(diào)制到載波生成單元106產(chǎn)生的正弦波信號上，并疊加多普勒頻移，生成GPS中頻信號，發(fā)送至射頻發(fā)生單元108。

射頻發(fā)生單元108接收信號綜合單元107傳輸來的GPS中頻信號，變頻至1575.24MHz，產(chǎn)生GPS射頻信號，發(fā)送到GPS接收機。

本實施例中，北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101、導航電文生成單元104、測距碼生成單元105、載波生成單元106和信號綜合單元107采用上海司南衛(wèi)星導航技術(shù)有限公司的M300 GNSS型接收機，衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元102采用北京星源北斗導航技術(shù)有限責任公司的HG-USB30-B型極速衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換板，時間基準生成單元103采用成都金諾信高科技有限公司的THTM-HCM2型高精度時鐘同步模塊，射頻發(fā)生單元108采用上海宇志通信技術(shù)有限公司的GNRF0302 GNSS型射頻板。