本發(fā)明涉及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航，具體涉及一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全頻收發(fā)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供高精度、全天候、全球性的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)，已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的方方面面。隨著科技的發(fā)展，中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（bds）也逐漸成為了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分。bds不但能夠提供高精度定位服務(wù)，還具有短報文通信、精密單點(diǎn)定位等特有的功能。

2、bds衛(wèi)星分別在6個載波上發(fā)射8個民用信號，包括b2a、b2b、b2i、b3i、b1i、b1c、s1、s2c。支持多頻點(diǎn)信號的接收機(jī)可以進(jìn)行高質(zhì)量的定位、測速和授時服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精密單點(diǎn)定位、rtk技術(shù)、抗干擾、電離層精確建模等的功能。

3、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)收發(fā)機(jī)架構(gòu)主要包括射頻前端、跟蹤環(huán)路和捕獲模塊、rdss（衛(wèi)星無線電定位系統(tǒng)）發(fā)射模塊、pvt模塊。盡管現(xiàn)有的收發(fā)機(jī)架構(gòu)可以在一定程度上滿足對北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的需求，但是一般需要兼顧多系統(tǒng)和多頻點(diǎn)，受限硬件資源和成本的考慮，要么不能支持所有頻點(diǎn)，要么需要以犧牲性能為代價，這在某些特殊環(huán)境下會影響到導(dǎo)航的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于提供一種專門針對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號特點(diǎn)設(shè)計的全頻收發(fā)裝置及方法，實(shí)現(xiàn)單bds系統(tǒng)全頻點(diǎn)信號收發(fā)，可以獲得北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的最佳接收，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全頻收發(fā)裝置，包括射頻前端、射頻處理模塊、數(shù)字信號預(yù)處理模塊、跟蹤模塊、rdss時標(biāo)同步模塊和rdss發(fā)射模塊，

4、所述射頻前端用于根據(jù)載波頻率的大小值對接收到的全頻段北斗衛(wèi)星信號進(jìn)行分組；

5、所述射頻處理模塊用于對所述射頻前端輸出的各組信號進(jìn)行降頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，以輸出各組信號的數(shù)字中頻信號；

6、所述數(shù)字信號預(yù)處理模塊用于對所述射頻處理模塊輸出的各組數(shù)字中頻信號進(jìn)行中頻剝離、抗混疊和降采樣處理；

7、所述跟蹤模塊用于對所述數(shù)字信號預(yù)處理模塊輸出的所有頻點(diǎn)信號進(jìn)行跟蹤處理；

8、所述rdss時標(biāo)同步模塊用于根據(jù)所述跟蹤模塊接收到的碼相位維護(hù)rdss信號發(fā)射時間，以作為收發(fā)裝置rdss信號發(fā)射時間基準(zhǔn)；

9、所述rdss發(fā)射模塊用于根據(jù)所述rdss時標(biāo)同步模塊的rdss信號發(fā)射時間基準(zhǔn)和發(fā)射使能控制命令進(jìn)行rdss信號的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)短報文發(fā)射和雙向測距功能。

10、優(yōu)選地，所述射頻前端包括第一雙工器、第二雙工器和一功分器，

11、所述第一雙工器用于根據(jù)載波頻率由低到高將接收到的全頻段北斗衛(wèi)星信號分為第一頻帶信號和第二頻帶信號，所述第一頻帶信號包括低頻帶信號，所述第二頻帶信號包括高頻帶信號；

12、所述第二雙工器用于根據(jù)載波頻率將所述高頻帶信號分為兩組；

13、所述功分器用于將所述低頻帶信號擴(kuò)展為兩組。

14、優(yōu)選地，所述低頻帶信號包括b2a、b2b、b2i、b3i信號，所述高頻帶信號包括b1i、b1c、s1、s2c信號。

15、優(yōu)選地，所述第二雙工器根據(jù)載波頻率將所述高頻帶信號分為b1i、b1c頻帶信號和s1、s2c頻帶信號。

16、優(yōu)選地，所述功分器將所述低頻帶信號擴(kuò)展為b2a、b2b、b2i頻帶信號和b3i頻帶信號。

17、優(yōu)選地，所述射頻處理模塊包括多路射頻信號處理通道，每路射頻信號處理通道用于處理所述射頻前端分組后輸出的不同頻段的北斗衛(wèi)星信號，

18、所述射頻信號處理通道均包括混頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，每個射頻信號處理通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用同一個采樣鐘進(jìn)行相同采樣率的采樣，所述混頻器的頻率與所述采樣鐘同源。

19、優(yōu)選地，所述采樣率不低于所述射頻前端輸出的多組北斗衛(wèi)星信號中的最寬頻帶。

20、優(yōu)選地，所述數(shù)字信號預(yù)處理模塊包括多路數(shù)字信號預(yù)處理通道，每個數(shù)字信號預(yù)處理通道包括中頻載波剝離單元、抗混疊濾波單元和降采樣單元，

21、所述中頻載波剝離單元用于對所述射頻處理模塊輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波剝離；

22、所述抗混疊濾波單元用于濾除載波剝離后的數(shù)字中頻信號中的帶外噪聲和干擾；

23、所述降采樣單元用于對所述抗混疊濾波單元輸出的信號進(jìn)行降采樣處理，每個數(shù)字信號預(yù)處理通道的降采樣速率相同，所述降采樣速率大于信號帶寬。

24、優(yōu)選地，所述跟蹤模塊包括相關(guān)器陣列和多個回放緩存，

25、其中，每個數(shù)字信號預(yù)處理通道對應(yīng)一個回放緩存，每個回放緩存包含回放緩存乒和回放緩存乓兩個存儲器，當(dāng)其中一個存儲器存儲完數(shù)據(jù)后，新輸入的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲到另一個存儲器中；

26、所述相關(guān)器陣列檢測到回放緩存存滿數(shù)據(jù)后，開始數(shù)據(jù)回放和相干積分操作，不同的信號跟蹤通道從相對應(yīng)的回放緩存中取數(shù)據(jù)。

27、優(yōu)選地，所述rdss時標(biāo)同步模塊包括rdss時間模塊和發(fā)射使能控制模塊，

28、所述rdss時間模塊用于根據(jù)所述跟蹤模塊提取的北斗衛(wèi)星信號發(fā)射時間維護(hù)小數(shù)秒時間和整數(shù)秒時間，以作為所述收發(fā)裝置rdss信號發(fā)射時間的基準(zhǔn)；

29、所述發(fā)射使能控制模塊用于在rdss時間有效時，向所述rdss發(fā)射模塊發(fā)出發(fā)射使能控制命令。

30、優(yōu)選地，所述rdss時間模塊包括小數(shù)秒nco單元和整數(shù)秒計算單元，

31、所述小數(shù)秒nco單元用于進(jìn)行根據(jù)所述跟蹤模塊提取的北斗衛(wèi)星信號發(fā)射時間維護(hù)小數(shù)秒時間；

32、所述整數(shù)秒計算單元用于根據(jù)所述跟蹤模塊提取的北斗衛(wèi)星信號發(fā)射時間維護(hù)整數(shù)秒時間。

33、優(yōu)選地，所述rdss發(fā)射模塊包括擴(kuò)頻調(diào)制器、bpsk調(diào)制器、低通濾波成型濾波器、cic內(nèi)插濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模擬低通濾波器、混頻器和功率放大器，

34、所述擴(kuò)頻調(diào)制器用于將待發(fā)送的報文符號序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，輸出擴(kuò)頻調(diào)制報文序列；

35、所述bpsk調(diào)制器用于將擴(kuò)頻調(diào)制報文序列信號進(jìn)行不歸0雙極性調(diào)制；

36、所述低通濾波成型濾波器用于濾除所述bpsk調(diào)制器輸出的數(shù)字信號中的部分旁瓣信號；

37、所述cic內(nèi)插濾波器用于對所述低通濾波成型濾波器輸出的數(shù)字采樣信號進(jìn)行增采樣，并濾除鏡像信號；

38、所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于將所述cic內(nèi)插濾波器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；

39、所述模擬低通濾波器用于濾除所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的模擬信號中的頻帶外干擾信號；

40、所述混頻器用于將模擬低通濾波器的輸出信號調(diào)制到射頻頻段；

41、所述功率放大器用于對混頻器輸出的模擬信號進(jìn)行功率放大，以使得衛(wèi)星端能夠接收到該信號。

42、優(yōu)選地，還包括捕獲模塊和pvt模塊，

43、所述捕獲模塊用于通過碼相位和載波多普勒頻率的搜索，以實(shí)現(xiàn)對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號的檢測并轉(zhuǎn)入所述跟蹤模塊；

44、所述pvt模塊用于根據(jù)所述跟蹤模塊上報的碼相位觀測量、載波相位觀測量、多普勒頻率、導(dǎo)航電文進(jìn)行位置、速度和時間的估計。

45、本發(fā)明還公開一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號全頻收發(fā)芯片，所述芯片包括本發(fā)明任一項(xiàng)所述的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全頻收發(fā)裝置，以進(jìn)行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號全頻段信號的接收和發(fā)射。

46、本發(fā)明還公開一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號全頻收發(fā)機(jī)，采用本發(fā)明所述的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號全頻收發(fā)芯片。

47、本發(fā)明還公開一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全頻收發(fā)方法，包括步驟，

48、s100，根據(jù)載波頻率的大小值對接收到的全頻段北斗衛(wèi)星信號進(jìn)行分組；

49、s200，對各組信號進(jìn)行降頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，以輸出各組信號的數(shù)字中頻信號；

50、s300，對所述各組數(shù)字中頻信號進(jìn)行中頻剝離、抗混疊和降采樣處理；

51、s400，對所述步驟s300輸出的所有頻點(diǎn)信號進(jìn)行跟蹤處理；

52、s500，根據(jù)所述步驟s400接收到的碼相位維護(hù)rdss信號發(fā)射時間，以作為rdss信號發(fā)射時間基準(zhǔn)；

53、s600，根據(jù)所述rdss信號發(fā)射時間基準(zhǔn)和發(fā)射使能控制命令進(jìn)行rdss信號的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)短報文發(fā)射和雙向測距功能。

54、優(yōu)選地，所述s100包括步驟，

55、s101，根據(jù)載波頻率由低到高將接收到的全頻段北斗衛(wèi)星信號分為第一頻帶信號和第二頻帶信號，所述第一頻帶信號包括低頻帶信號，所述第二頻帶信號包括高頻帶信號；

56、s102，根據(jù)載波頻率將所述高頻帶信號分為兩組；

57、s103，將所述低頻帶信號擴(kuò)展為兩組。

58、優(yōu)選地，所述低頻帶信號包括b2a、b2b、b2i、b3i信號，所述高頻帶信號包括b1i、b1c、s1、s2c信號。

59、優(yōu)選地，所述步驟s102包根據(jù)載波頻率將所述高頻帶信號分為b1i、b1c頻帶信號和s1、s2c頻帶信號。

60、優(yōu)選地，所述步驟s103包括將所述低頻帶信號擴(kuò)展為b2a、b2b、b2i頻帶信號和b3i頻帶信號。

61、優(yōu)選地，所述s300包括步驟，

62、s301，對步驟s200輸出的數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波剝離；

63、s302，濾除載波剝離后的數(shù)字中頻信號中的帶外噪聲和干擾；

64、s303，對步驟s302輸出的信號進(jìn)行降采樣處理，每個信號的降采樣速率相同，所述降采樣速率大于信號帶寬。

65、優(yōu)選地，所述s500包括步驟，

66、s501，根據(jù)所述步驟s400提取的北斗衛(wèi)星信號發(fā)射時間維護(hù)小數(shù)秒時間和整數(shù)秒時間，以作為rdss信號發(fā)射時間的基準(zhǔn)；

67、s502，在rdss時間有效時，發(fā)出發(fā)射使能控制命令。

68、優(yōu)選地，所述s600包括，

69、s601，將待發(fā)送的報文符號序列進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，輸出擴(kuò)頻調(diào)制報文序列；

70、s602，將擴(kuò)頻調(diào)制報文序列信號進(jìn)行不歸0雙極性調(diào)制；

71、s603，濾除所述bpsk調(diào)制器輸出的數(shù)字信號中的部分旁瓣信號；

72、s604，對步驟s603輸出的數(shù)字采樣信號進(jìn)行增采樣，并濾除鏡像信號；

73、s605，將步驟s604輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號；

74、s606，濾除步驟s605輸出的模擬信號中的頻帶外干擾信號；

75、s607，將步驟s606輸出的信號調(diào)制到射頻頻段；

76、s608，對步驟s607輸出的模擬信號進(jìn)行功率放大，以使得衛(wèi)星端能夠接收到該信號。

77、優(yōu)選地，所述方法還包括步驟，

78、s700，通過碼相位和載波多普勒頻率的搜索，以實(shí)現(xiàn)對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號的檢測并轉(zhuǎn)入所述跟蹤模塊；

79、s800，根據(jù)步驟s400上報的碼相位觀測量、載波相位觀測量、多普勒頻率、導(dǎo)航電文進(jìn)行位置、速度和時間的估計。

80、本發(fā)明專門針對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號特點(diǎn)進(jìn)行全頻收發(fā)架構(gòu)設(shè)計，通過優(yōu)化收發(fā)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單bds系統(tǒng)全頻點(diǎn)信號收發(fā)，不但降低了設(shè)計和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，還可以獲得北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號的最佳接收，不僅可以減少硬件資源的消耗，還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。收發(fā)裝置的接收功能按頻點(diǎn)分類，使用不同的射頻通道和數(shù)字信號預(yù)處理通道，有效抑制不同頻點(diǎn)之間的干擾，從而提高信號接收性能，這對于在復(fù)雜電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)單bds系統(tǒng)全頻點(diǎn)信號收發(fā)具有重要的國防戰(zhàn)略意義。

81、本發(fā)明的其他有益效果，將在具體實(shí)施方式中通過具體技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹來闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過這些技術(shù)特征和技術(shù)方案的介紹，應(yīng)能理解所述技術(shù)特征和技術(shù)方案帶來的有益技術(shù)效果。