北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方法

北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方法

【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方法。

【背景技术】

因质点速度方向不变化，始终是向前运动，最 终匀速运动，所以位移一直在增大，c 项和 d 项均错误． 答案 b时间：60 分钟1．关于质点，下列说法中正确的是 a．质点一定是体积和质量极小的物体 b．因为质点没有大小，所以与几何中的点没有区别()．c．研究运动员在 3 000 米长跑比赛中运动的快慢时，该运动员可看做质点 d．欣赏芭蕾舞表演者的精彩表演时，可以把芭蕾舞表演者看做质点 答案 c2．北京时间 2012 年 2 月 25 日凌晨 0 时 12 分，中国在西昌卫星发射中心用“长 征三号丙”运载火箭， 将第十一颗北斗导航卫星成功送入太空预定轨道． 这标 志着我国在北斗卫星导航系统建设上又迈出了坚实的一步， 北斗卫星导航系统可以免费提供定位、测速和授时服务，定位精度 10 m，测速精度 0.2 m/s，以 下说法不正确的是 a．北斗导航卫星定位提供的是被测物体的位移 b．北斗导航卫星定位提供的是被测物体的位置 c．北斗导航卫星授时服务提供的是时刻 d．北斗导航卫星测速服务提供的是运动物体的速率 解析 由位臵、位移、时间、时刻和速度的定义可知，北斗导航卫星定位提供 ( )．的是一个点，是位臵，而不是位臵的变化，故选项 a 错误，b 正确。是继美国第一个拥有全球卫星定位系统(gps)，苏联第二个拥有全球导航卫星系统(glonass)后，中国成为世界上第三个拥有卫星导航系统的国家，美国gps系统历时16年，耗资120亿美元，由24颗卫星组网，而中国的北斗系统只由两颗卫星组成，在经济上更算，而且中国的北斗系统某些功能超过美国的gps，北斗系统它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持。北斗导航中国北斗卫星导航系统（bds），是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，2012年底正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。

我国北斗一号卫星导航系统采用有源方式，即用户进行导航定位时要主动向卫星发送信号，北斗二号和北斗三号卫星导航系统采用无源和有源相结合的方式，进行无源卫星导航时，用户只需接收导航卫星信号。本书专从电子工程和通信技术的角度详细讲解gps和北斗双系统接收机的原理，在对gps和北斗系统的历史演进进行介绍的同时，详细讲解了gps和北斗接收机内部从信号跟踪与捕获，到卫星位置速度计算、观测量模型分析和定位导航解算的几乎所有信号处理理论，同时也融进了作者在该领域多年的研发经验和心得。  gpsgps卫星用卫星用l l波段两种频率的波（波段两种频率的波（1575.42mhz1575.42mhz和和1227.6mhz1227.6mhz） 向用户发射导航定位信号， 同时接收地面发送的导导航定位信号， 同时接收地面发送的导航电文以及调度命令。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种监测接收机能够快速、准确地 捕获伪卫星信号并快速解析出完整帧数据的北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫 星捕获、跟踪方法；利用伪卫星或伪卫星和北斗卫星进行定位，并根据已知监测站位置计算 定位误差，并将定位误差及所有原始数据反馈至运管分系统，再由运管分系统根据多台监 测站上报的数据进行计算，得到伪卫星间及伪卫星与北斗系统之间的时间差，并对伪卫星 系统进行时间修正，从而提升地基伪卫星增强系统的性能。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：北斗地基导航网络地面监测站，用 于完成北斗地基导航网络伪卫星状态监测，利用伪卫星进行独立定位或利用伪卫星和北斗 卫星进行协同定位，并根据已知监测站位置计算定位误差，并将定位误差及所有原始数据 反馈至运管分系统，再由运管分系统根据多台监测站上报的数据进行计算，得到伪卫星间 及伪卫星与北斗系统之间的时间差，并对伪卫星系统进行时间修正，从而提升地基伪卫星 增强系统的性能；它包括监测接收机和监测计算机，监测接收机用于完成北斗导航卫星信 号与伪卫星导航信号的捕获、跟踪和处理，并将原始数据、定位误差，以及工况信息上报给 监测计算机；监测计算机用于实现对监测接收机的管理控制和数据分发，以及原始数据、定 位误差和工况信息的采集、保存，并与运管分系统实现双向数据通信；

采用bbu+rru多通道方案，rru（射频拉远模块）和bbu（基带处理单元）之间需要用光纤连接，提高组网效率，又降低设置成本，rru（射频拉远模块）和bbu（基带处理单元）之间需要用光纤连接，rru安装在天线端，既节省空间，一个rs可以连接几个rru，损耗少。射频处理单元需要提供与基带处理单元和天馈系统的接口，现场流行且常见的分布式基站产品中的基带单元和射频单元之间通过cpri接口相连，连接介质为光纤。基带处理、射频处理、供电单元等全都放在一个机柜里，看起来像个冰箱。

蜂窝服务rfic_n-1 352从bbp 348接收基带信号(基带信道_n-1 361)，并向天线模块344发送射频信号(射频信道_n-1 357)。蜂窝服务rfic_1 350从天线模块344接收射频信号(射频信道_1 356)，并向bbp 348发送基带信号(基带信道_1 360)。蜂窝服务rfic_1 350从bbp348接收基带信号(基带信道_1 360)，并向天线模块344发送射频信号(射频信道_1 356)。

[0008] 所述基带板的主处理单元为ARM处理器，实现网口集成芯片的读写操作和数据双 向传输控制功能；完成基带处理单元的控制、基带处理后数据的采集，以及数据的解析处 理，并进行定位相关解算；完成基带处理单元的控制、配置，以及测量数据、解调数据的采 集；打包上报运管分系统所需要的数据。

[0009] 所述基带板的基带处理单元包括主基带信号处理单元和备用基带信号处理单元， 主基带信号处理单元由DSP和FPGA共同实现，一共有60个跟踪通道，实现10颗伪卫星和 10颗北斗卫星信号的捕获跟踪；备用基带信号处理单元为BP2007芯片，一共有16个跟踪 通道，实现北斗导航卫星基带信号的处理，用于主基带单元的北斗信号比对验证。

[0010] 所述射频板的射频单元包括B1、B3射频模块和IOMHz温补晶振，同时，外部也提供 一个IOMHz频标信号输入，由外部控制系统发送控制指令控制设备进行内外时钟的切换， 为射频模块选择工作时钟；BI、B3射频模块分别接收天线输出的BI、B3北斗导航模拟射频 信号和Bl、B3伪卫星模拟射频信号，通过对相应射频信号进行处理，输出对应的模拟中频 信号，供AD采样单元进行模数转换；

由于有用信号和本地参考扩频信号有良好的相关性，在通过相关处理后被压缩到带宽为的频带内，因为相关器后的中频滤波器通频带很窄，通常为，所以中频滤波器只输出被基带信号调制的中频信号和落在滤波器通频带内的那部分干扰信号和噪声，而绝大部分的干扰信号和噪声的能量（功率）被中频滤波器滤除，这样就大大地改善了系统的输出信噪比，如图1-3(c)所示。(f0+fif+)t+](b)(a)(b)(a)0010001110频率brfbb时间tctb110f110f20f31bb载波f0调制器高频开关伪码发生器高频开关存储器伪码发生器存储器(a)解调器数据数据(b)tbtf2tbb=2rb噪声多径信号多址信号有用信号(b)(a)bb2rc2rc噪声多径信号多址信号f1f1有用信号(a)(b)匹配滤波器压控振荡器fiff0f8f7f6f5f4f3f2f1f16f15f14(b)(a)数据数据中频滤波器解调器混频器跳时码发生器时钟源指令译码器高频开关直扩码发生器指令译码器频率合成器调制器乘法器时钟源跳时码发生器载波发生器高频开关直扩码发生器本地振荡器调制器混频器发射机发中频振荡器调制器本地振荡器直扩码发生器混频器跳频码发生器时钟源频率合成器数据中频滤波器解调器混频器(b)混频器发中频振荡器数据直扩码发生器乘法器时钟源跳频码发生器频率合成器发射机调制器(a)射频滤波器指令译码器f13f12f11f10f9f8f7f6f5f44rc1001110f2tfiff白噪声bb=2rbf白噪声多径干扰有用信号窄带干扰brf=2rcf0f白噪声多径干扰有用信号窄带干扰。图7为混频器max2671输出的信号频谱，70mhz的中频信号与2380mhz的射频lo信号混频后输出了2310mhz和2450mhz 的上下边频信号，通过射频介质滤波器滤除2310mhz的下边频分量，就可获得所要的2450mhz有用信号，在通过可调功率放大器设置输出功率，然后将 其送入n型头输出。

[0012] 北斗地基导航网络地面监测站接收机卫星捕获、跟踪方法，包括以下步骤：

[0013] Sl :监测站上电后，监控接收机信息处理单元首先按照上一次保存的设置参数进 行接口设置和初始化；

[0014] S2 :信息处理单元进行工作状态巡检，并控制基带处理单元进行北斗卫星与伪卫 星的搜索、捕获和跟踪，实时采集、处理已跟踪北斗卫星与伪卫星的观测量数据和导航电文 数据；

经营业务范围 ： 销售计算机及配件、通讯设备（不含卫星地面接收和发射设备）、五金、交电、百货，计算机软件开发，计算机技术服务，制造、销售通信终端设备（不含卫星地面接收和发射设备）、电子产品(不含电子出版物)、计算机硬件，货物进出口，技术进出口。变更前： 销售计算机及配件、通讯设备（不含卫星地面接收和发射设备）、五金、交电、百货，计算机软件开发，计算机技术服务，制造、销售通信终端设备（不含卫星地面接收和发射设备）、电子产品(不含电子出版物)、计算机硬件。）， 变更后： 销售计算机及配件、通讯设备（不含卫星地面接收和发射设备）、五金、交电、百货，计算机软件开发，计算机技术服务，制造、销售通信终端设备（不含卫星地面接收和发射设备）、电子产品(不含电子出版物)、计算机硬件，货物进出口，技术进出口。

采集层的无线测温装置将感温元件采集到温度通过无线通讯的方式发送给收集层的无线接收管理终端，无线接收管理终端将各无线测温装置温度数据进行数据处理，处理后通过rs232/rs-485及数据线传给监测层本地计算机，本地计算机同事经过光纤通道忘川给调度端监测计算机，计算机对数据进行管理， 并定时存储于，根据用户设置的周期对实时中相应点进行记录， 形成礼数，能够提供分、时、日曲线显示，报表打印，记录温度越线时间及数值等，发出告警信号。(3)设有纵、横向可移动的工作台，它们的微调整量可达1μm.并有精确坐标测量系统，所以适用于加工孔距误差小的孔系。toa测量要求ms的发射与所有bts的接收精确同步(1μs的定位误差将导致300m的定位误差)，并且在其发射信号中要包含发射时间标记以便接收基站信号到达时间确定信号所传播的距离。

[0017] 北斗地基导航网络地面监测站接收机卫星捕获、跟踪方法，包括一个监测接收机 嵌入式ARM处理步骤，包括：

[0018] 1)初始化ARM启动环境；

[0019] 2)读取配置参数；

[0020] 3)根据配置参数初始化接口；

[0021] 4)启动状态巡检，并通过网口将巡检结果上报监测计算机；

[0022] 5)获取本地时间，并以本地时间初始化基带单元；

[0023] 6)控制DSP开始北斗/伪卫星捕获工作；

[0024] 7)控制BP2007进行北斗卫星捕获工作；

[0025] 8)采集DSP上报的北斗/伪卫星相关数据和BP2007上报的北斗卫星相关数据；

[0026] 9)处理采集到的数据，并将采集及处理后的数据上报；

[0027] 10)循环持续步骤7~9。

本书专从电子工程和通信技术的角度详细讲解gps和北斗双系统接收机的原理，在对gps和北斗系统的历史演进进行介绍的同时，详细讲解了gps和北斗接收机内部从信号跟踪与捕获，到卫星位置速度计算、观测量模型分析和定位导航解算的几乎所有信号处理理论，同时也融进了作者在该领域多年的研发经验和心得。在他看来，卫星自主完好性监测，是北斗三号的一项新技术，相较于美国的gps、的格洛纳斯以及欧洲的伽利略等导航卫星系统，中国北斗在世界上首次实现了卫星的在轨完好性自主监测功能。  gpsgps卫星用卫星用l l波段两种频率的波（波段两种频率的波（1575.42mhz1575.42mhz和和1227.6mhz1227.6mhz） 向用户发射导航定位信号， 同时接收地面发送的导导航定位信号， 同时接收地面发送的导航电文以及调度命令。

[0029] 1)初始化DSP启动环境；

[0030] 2)启动状态巡检，并将巡检结果上报ARM处理器；

[0031] 3)接收ARM下发的本地时间，并以此时间开始时间维持；

[0032] 4)接收ARM下发的启动捕获指令，开始进行北斗/伪卫星捕获；

[0033] 5)控制FPGA开始捕获北斗/伪卫星；

[0034] 6)跟踪已捕获的北斗/伪卫星；

[0035] 7)解调并采集已捕获北斗/伪卫星数据；

[0036] 8)上报已采集数据至ARM处理器；

[0037] 9)循环持续步骤5~8。北斗接收机跟踪原理

[0038] 本发明的有益效果是：提供了一种监测接收机能够快速、准确地捕获伪卫星信号 并快速解析出完整帧数据的北斗地基导航网络地面监测站及其接收机卫星捕获、跟踪方 法，利用伪卫星或伪卫星和北斗卫星进行定位，并根据已知监测站位置计算定位误差，并将 定位误差及所有原始数据反馈至运管分系统，再由运管分系统根据多台监测站上报的数据 进行计算，得到伪卫星间及伪卫星与北斗系统之间的时间差，并对伪卫星系统进行时间修 正，从而提升地基伪卫星增强系统的性能。

【附图说明】

[0039] 图1为本发明监测站结构示意框图；

[0040] 图2为本发明监测接收机结构示意框图；

[0041] 图3为本发明监测接收机硬件组成；

[0042] 图4为基带板硬件结构示意框图；

[0043] 图5为主基带信号处理单元结构示意框图；

[0044] 图6为射频板硬件结构示意框图；

[0045] 图7为本发明监测站工作流程；

[0046] 图8为伪卫星捕获、跟踪流程图；

[0047] 图9为FFT脉冲捕获模型图。

【具体实施方式】

[0048] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。

[0049] 如图1所示，北斗地基导航网络地面监测站，用于完成北斗地基导航网络伪卫星 状态监测，利用伪卫星进行独立定位或利用伪卫星和北斗卫星进行协同定位，并根据已知 监测站位置计算定位误差，并将定位误差及所有原始数据反馈至运管分系统，再由运管分 系统根据多台监测站上报的数据进行计算，得到伪卫星间及伪卫星与北斗系统之间的时间 差，并对伪卫星系统进行时间修正，从而提升地基伪卫星增强系统的性能；它包括监测接收 机和监测计算机，监测接收机用于完成北斗导航卫星信号与伪卫星导航信号的捕获、跟踪 和处理，并将原始数据、定位误差，以及工况信息上报给监测计算机；监测计算机用于实现 对监测接收机的管理控制和数据分发，以及原始数据、定位误差和工况信息的采集、保存， 并与运管分系统实现双向数据通信。北斗接收机跟踪原理

[0050] 如图2所示，所述的监测接收机包括射频单元、AD采样单元、基带处理单元、信息 处理单元、时钟单元和电源管理单元，射频单元的输入端与天线相连，射频单元的模拟中频 信号输出端和采样时钟输出端分别与AD采样单元连接，射频单元的工作时钟输出端与基 带处理单元连接，AD采样单元

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