基于導航信號的高精度通道測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于導航信號的高精度通道測量裝置，它涉及導航衛星的數字多波束天線的通道時延、幅度、相位一致性的標校測量，包括基準測量通道的解擴處理單元、基準通道的觀測量提取單元、被測通道的解擴處理單元、被測通道觀測量提取單元、測量單元和電源變換單元。本發明采用擴頻測量體制實現對數字多波束基準通道和被測通道的通道測量、校準。本發明具有設計思想新穎、測量精度高、集成化程度高、體積小、重量輕、可靠性高等特點，特別適用于發射導航信號的數字多波束天線通道一致性測量和校準，也可用于其他領域的相控陣體制天線的測量和校準。
【專利說明】基于導航信號的高精度通道測量裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線電導航測量領域中的一種基于導航信號的高精度通道測量裝置， 適用于用作在衛星導航系統中地面測控設備的數字多波束系統的通道一致性校準，可用于 提高波束形成的質量。
【背景技術】
[0002] 目前，用于導航信號的高精度通道校準的設備一般是矢量信號分析儀，存在功能 單一、價格昂貴的缺點。本發明裝置，用一種簡單有效的方法實現數字多波束的通道一致性 的校準，具備功能多、價格便宜的優點。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題就是提供一種對用于導航衛星測控的數字多波束天 線進行通道一致性測量的裝置。采用擴頻偽碼測距技術實現，本發明具有功能強、精度高、 集成度高、結構緊湊、低成本、低功耗，能實時提供用于導航測控的數字多波束天線通道一 致性的測量和標校。
[0004] 本發明的目的是這樣實現的：
[0005] -種基于導航信號的高精度通道測量裝置，包括基準測量通道的解擴處理單元1、 基準通道的觀測量提取單元2、被測通道的解擴處理單元3、被測通道觀測量提取單元4、測 量單元5和電源變換單元6 ;其特征在于：基準測量通道的解擴處理單元1將外部輸入的基 準導航信號和時頻信號進行解擴處理，得到基準導航信號的偽碼數據、載波數據和幅度數 據；基準通道的觀測量提取單元2在時頻信號的控制下對基準測量通道的解擴處理單元1 輸出的基準導航信號的偽碼、載波數據和幅度數據進行提取，得到基準導航信號的幅度、時 延和相位；被測測量通道的解擴處理單元3將外部輸入的被測導航信號和時頻信號進行解 擴處理，得到被測導航信號的偽碼數據、載波數據和幅度數據；被測通道的觀測量提取單元 4在時頻信號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元1輸出的被測導航信號的偽碼、載 波數據和幅度數據進行提取，得到被測導航信號的幅度、時延和相位；測量單元5對基準通 道的觀測量提取單元2輸出的基準導航信號的幅度、時延、相位與被測通道的觀測量提取 單元4輸出的被測導航信號的幅度、時延、相位進行一一對應比較，提取出幅度差、時延差 和相位差并對外進行輸出。
[0006] 其中，所述的基準通道的觀測量提取單元2包括第一幅度測量鎖存器、第一時延 測量鎖存器和第一相位測量鎖存器；第一幅度測量鎖存器在時頻信號的控制下對基準測量 通道的解擴處理單元1輸出的幅度數據進行鎖存，得到基準導航信號的幅度并輸出給測量 單元5 ;第一時延測量鎖存器在時頻信號的控制下對基準測量通道的解擴處理單元1輸出 的偽碼數據進行鎖存，得到基準導航信號的時延并輸出給測量單元5 ;第一相位測量鎖存 器在時頻信號的控制下對基準測量通道的解擴處理單元1輸出的載波數據進行鎖存，得到 基準導航信號的相位并輸出給測量單元5。
[0007] 其中，所述的被測通道的觀測量提取單元4包括第二幅度測量鎖存器、第二時延 測量鎖存器和第二相位測量鎖存器；第二幅度測量鎖存器在時頻信號的控制下對被測測量 通道的解擴處理單元3輸出的幅度數據進行鎖存，得到被測導航信號的幅度并輸出給測量 單元5 ;第二時延測量鎖存器在時頻信號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元3輸出 的偽碼數據進行鎖存，得到被測導航信號的時延并輸出給測量單元5 ;第二相位測量鎖存 器在時頻信號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元3輸出的載波數據進行鎖存，得到 被測導航信號的相位并輸出給測量單元5。
[0008] 其中，所述的測量單元5包括除法器、第一減法器和第二減法器；所述的除法器將 基準通道的觀測量提取單元2輸出的基準導航信號的幅度和被測通道的觀測量提取單元4 輸出的被測導航信號的幅度進行相除，得到兩者的幅度差并對外進行輸出；所述的第一減 法器將基準通道的觀測量提取單元2輸出的基準導航信號的時延和被測通道的觀測量提 取單元4輸出的被測導航信號的時延進行相減，得到兩者的時延差并對外進行輸出；所述 的第二減法器將基準通道的觀測量提取單元2輸出的基準導航信號的相位和被測通道的 觀測量提取單元4輸出的被測導航信號的相位進行相減，得到兩者的相位差并對外進行輸 出。
[0009] 其中，所述的基準測量通道的解擴處理單元1和被測通道的解擴處理單元3的結 構完全相同。
[0010] 本發明相比【背景技術】具有如下優點：
[0011] 1.本發明主機采用導航信號擴頻體制進行通道一致性的標校和測量，具有測量精 度高，造價低的優點。
[0012] 2.本發明采用的擴頻信號形式，具有信號形式簡單，集多種功能于一體。可實現多 種測量功能。
[0013] 3.本發明整個電路部件采用高度集成可編程器件，結構緊湊、具有體積小、高可 靠、功耗低的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明的電原理方框圖。
[0015] 圖2是本發明具體實施例的電原理方框圖
【具體實施方式】
[0016] 參照圖1和圖2,下面對本發明作進一步說明。
[0017] 一種基于導航信號的高精度通道測量裝置，包括基準測量通道的解擴處理單元1、 基準通道的觀測量提取單元2、被測通道的解擴處理單元3、被測通道觀測量提取單元4、測 量單元5和電源變換單元6 ;實施例按圖1進行連接線路。
[0018] 所述的基準信號測量通道的解擴處理單元1主要由第一載波環路濾波器1-1、第 一載波NC01-2、第一鑒相器1-3、第一 DDC1-4、第一相關積累器1-5、第一偽碼發生器1-6、第 一偽碼NC01-7、第一偽碼環路濾波器1-8、第一 DLL鑒相器1-9組成；該單元完成對導航信 號的偽碼跟蹤和載波跟蹤，為觀測量提取單元（2)提供數據。
[0019] 所述的基準信號測量通道觀測量提取單元2主要有第一幅度測量鎖存器2-1、第 一時延測量鎖存器2-2和第一相位測量鎖存器2-3。該單元主要在時頻基準信號控制下，完 成觀測量的提取上報，為測量單元5提供數據。
[0020] 所述的被測信號測量通道的解擴處理單元3主要由第二載波環路濾波器3-1、第 二載波NC03-2、第二鑒相器3-3、第二DDC3-4、第二相關積累器3-5、第二偽碼發生器3-6、第 二偽碼NC03-7、第二偽碼環路濾波器3-8、第二DLL鑒相器3-9組成；該單元完成對導航信 號的偽碼跟蹤和載波跟蹤，為觀測量提取單元（4)提供數據。
[0021] 所述的被測信號測量通道觀測量提取單元4主要有第二幅度測量鎖存器4-1、第 二時延測量鎖存器4-2和第二相位測量鎖存器4-3。該單元主要在時頻基準信號控制下，完 成觀測量的提取上報，為測量單元5提供數據。
[0022] 所述的測量單元5包括除法器3-1、第一減法器3-2和第二減法器3-3 ;其中第 一除法器完成被測導航信號幅度值除基準導航信號幅度的運算，計算出兩者的幅度差；其 中第一減法器完成被測導航信號時延值減去基準導航信號時延的運算，計算出兩者的時延 差；其中第二減法器完成被測導航信號載波相位值減去基準導航信號載波相位的運算，計 算出兩者的相位差。
[0023] 本發明的簡要工作原理：基準通道和發射通道采用相同的設計，以保證兩個通道 的一致性，工作原理相同；基準信號測量通道對基準導航信號進行接收測量，完成基準導航 信號的幅度、時延、相位測量；被測信號測量通道對被測導航信號進行接收測量，完成被測 導航信號的幅度、時延、相位測量；測量單元完成了兩個通道信號幅度差、時延差、相位差的 測量；的由于兩個通道的設計一致性，保證了兩者的差異僅僅是由于基準信號和被測信號 本身差異造成的，保證了測量準確性。
[0024] 接收的導航信號中，包含了測距偽碼和載波相位信息，基準中頻信號和發射通道 中頻信號首先經過A/D采樣，獲得并行的數字中頻信號，該信號實際上為輸入中頻信號的 數字頻譜延拓信號，必須經過濾波后才能獲取所需的接收信號。工程設計選用81.838MHz 采樣頻率，一方面對于時頻基準而言該頻率的獲得比較簡單，另一方面利用該頻率采樣既 有利于數字化采樣后拓展頻譜的濾波，又有利于對5. 115Mcps的偽碼測距等效滑動采樣有 利，以消除采樣間隔模糊。輸入中頻信號的中心頻率為61. 38MHz，數字化采樣并經過數字低 通濾波處理后獲得待處理的數字中頻信號。
[0025] 數字下變頻一般采用正交數字下變頻處理，獲得I、Q兩路信號，標校處理單元采 用兩個同步的數字下變頻器，同步對輸入的基準數字中頻信號和和發射通道數字中頻信號 進行數字下變頻，同步進行相關解擴處理，然后將相關積累結果進行數學運算，獲得高精度 測量數據，測量數據在基準時頻的控制下完成觀測量的提取上報。提取的觀測量送至測量 單元，完成基準通道信號和被測通道信號的差異測量，送后繼單元進行處理。
[0026] 本發明安裝結構如下：
[0027] 解擴單元和觀測量提取單元采用高集成度的FPGA芯片實現，芯片電裝到高集成 度的印制板來完成，考慮到電纜連線方便及空間的有效利用，所有電路集成到一塊印制板 上，安裝在一個2U的標準機箱內，利用后面板實現與外部信號的互聯。
[0028] 印制板尺寸為：300mm X 350mm。
【權利要求】
1. 一種基于導航信號的高精度通道測量裝置，包括基準測量通道的解擴處理單元 (1)、基準通道的觀測量提取單元（2)、被測通道的解擴處理單元（3)、被測通道觀測量提取 單元（4)、測量單元（5)和電源變換單元（6);其特征在于：基準測量通道的解擴處理單元 (1)將外部輸入的基準導航信號和時頻信號進行解擴處理，得到基準導航信號的偽碼數據、 載波數據和幅度數據；基準通道的觀測量提取單元（2)在時頻信號的控制下對基準測量通 道的解擴處理單元（1)輸出的基準導航信號的偽碼、載波數據和幅度數據進行提取，得到 基準導航信號的幅度、時延和相位；被測測量通道的解擴處理單元（3)將外部輸入的被測 導航信號和時頻信號進行解擴處理，得到被測導航信號的偽碼數據、載波數據和幅度數據； 被測通道的觀測量提取單元（4)在時頻信號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元（1) 輸出的被測導航信號的偽碼、載波數據和幅度數據進行提取，得到被測導航信號的幅度、時 延和相位；測量單元（5)對基準通道的觀測量提取單元（2)輸出的基準導航信號的幅度、 時延、相位與被測通道的觀測量提取單元（4)輸出的被測導航信號的幅度、時延、相位進行 --對應比較，提取出幅度差、時延差和相位差并對外進行輸出。
2. 根據權利要求1所述的基于導航信號的高精度通道測量裝置，其特征在于：所述的 基準通道的觀測量提取單元（2)包括第一幅度測量鎖存器、第一時延測量鎖存器和第一相 位測量鎖存器；第一幅度測量鎖存器在時頻信號的控制下對基準測量通道的解擴處理單元 (1)輸出的幅度數據進行鎖存，得到基準導航信號的幅度并輸出給測量單元（5);第一時延 測量鎖存器在時頻信號的控制下對基準測量通道的解擴處理單元（1)輸出的偽碼數據進 行鎖存，得到基準導航信號的時延并輸出給測量單元（5);第一相位測量鎖存器在時頻信 號的控制下對基準測量通道的解擴處理單元（1)輸出的載波數據進行鎖存，得到基準導航 信號的相位并輸出給測量單元（5)。
3. 根據權利要求1所述的基于導航信號的高精度通道測量裝置，其特征在于：所述的 被測通道的觀測量提取單元（4)包括第二幅度測量鎖存器、第二時延測量鎖存器和第二相 位測量鎖存器；第二幅度測量鎖存器在時頻信號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元 (3)輸出的幅度數據進行鎖存，得到被測導航信號的幅度并輸出給測量單元（5);第二時延 測量鎖存器在時頻信號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元（3)輸出的偽碼數據進 行鎖存，得到被測導航信號的時延并輸出給測量單元（5);第二相位測量鎖存器在時頻信 號的控制下對被測測量通道的解擴處理單元（3)輸出的載波數據進行鎖存，得到被測導航 信號的相位并輸出給測量單元（5)。
4. 根據權利要求1所述的基于導航信號的高精度通道測量裝置，其特征在于：所述的 測量單元（5)包括除法器、第一減法器和第二減法器；所述的除法器將基準通道的觀測量 提取單元（2)輸出的基準導航信號的幅度和被測通道的觀測量提取單元（4)輸出的被測導 航信號的幅度進行相除，得到兩者的幅度差并對外進行輸出；所述的第一減法器將基準通 道的觀測量提取單元（2)輸出的基準導航信號的時延和被測通道的觀測量提取單元（4)輸 出的被測導航信號的時延進行相減，得到兩者的時延差并對外進行輸出；所述的第二減法 器將基準通道的觀測量提取單元（2)輸出的基準導航信號的相位和被測通道的觀測量提 取單元（4)輸出的被測導航信號的相位進行相減，得到兩者的相位差并對外進行輸出。
5. 根據權利要求1所述的基于導航信號的高精度通道測量裝置，其特征在于：所述的 基準測量通道的解擴處理單元（1)和被測通道的解擴處理單元（3)的結構完全相同。
【文檔編號】G01S19/23GK104155665SQ201410407986
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】秦明峰, 尹繼凱, 王曉玲, 段召亮, 趙少松 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
