基于北斗一/北斗二/GPS三模式的定位导航系统

技术领域

本发明涉及一种定位导航系统，特别是一种基于北斗一/北斗二/GPS三模式的定位导航系统。

背景技术

GPS自其问世以来，已充分显示了其在导航、定位领域中的霸主地位，许多领域由于GPS的出现发生了革命性的变化。

虽然美国的GPS卫星导航定位系统可覆盖全球，实现全天候、全天时导航，但均属国外军方控制，且GPS对不同等级用户提供不同精度的定位服务。在军事冲突地区，美国可能出于自身利益考虑，在局部地区关闭GPS。因此，尽管开发所需的资金巨大并且周期漫长，我国还是积极发展自己的卫星定位系统，以摆脱导美国对导航定位服务的控制。

在2000年10月和12月，我国自行研制的第一、二颗导航定位卫星——“北斗导航试验卫星”（简称北斗一号卫星）在西昌成功发射升空，两颗卫星构成了“北斗卫星导航系统”，这是我国在自主卫星导航领域中的重要一步。该系统目前已经在国内的军事领域、公路交通、铁路运输、海上作业等领域发挥了一定的作用。但北斗一代导航定位系统存在一定的缺陷，即它采用主动式定位方式，使得用户接收机不能自主解算出自己的坐标值，而且用户容量有限，定位精度不高，易暴露用户目标位置等。目前正在建设中的北斗二代卫星导航系统，在导航原理上采用与GPS系统类似的被动三维定位原理，卫星星座的有效范围不是全球性的，而是区域性的；可以支持用户机在以中国为中心的一定范围内的自主实时三维定位。

然而，业已面世的各种卫星定位导航系统，大都是单GPS或者单北斗一模式定位导航，显然，这在某些场合都难以避免上述的种种问题，而北斗二代正在建设中，市场上也少有其产品。因此，如何将北斗一、北斗二和GPS三种模式集中于一体进行定位导航，便是业内人士急待解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的就是克服GPS卫星定位导航系统和北斗一代单模式定位导航系统的种种弊端和制约，满足业界日益突显的高质量导航定位需求，提供一种设计合理，结构简单，可以灵活切换的基于北斗一/北斗二/GPS三模式的定位导航系统。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于北斗一/北斗二/GPS三模式的定位导航系统，由室外单元1、室内单元2和线缆3组成，其中：室内单元2为人机交互界面，室外单元1包括有天线模件1.1，综合业务处理模件1.2，壳体1.3，安装法兰1.4。且天线模件1.1置于壳体1.3上方，综合业务处理模件1.2置于壳体1.3内，安装法兰1.4置于壳体1.3下方，4者自上而下相互结合构成一个整体，继而经线缆3与室内单元2连接组成整个系统，其中：

所述天线模件1.1为避雷帽式结构，其内从上而下相继设置有接收天线1.1.1和射频功率放大模块1.1.2，是整个系统的射频对外接口，用于接收北斗一，北斗二和GPS收信号，并发送北斗一发射信号。

所述综合业务处理模件1.2为模块化结构，包含有：ARM嵌入式处理器1.2.1，同步动态数据存储器SDRAM1.2.2，可擦除电子存储器FLASFH1.2.3，专用GPS/北斗二双模式基带处理模块1.2.4，下变频处理模块1.2.5，AD变换电路模件1.2.6，北斗一代模件1.2.7，RS232串行接口模块1.2.8，射频接口1.2.9，数据输出接口1.2.10，调试输入接口1.2.11。该模件是本发明的核心部件，完成射频处理，AD转换，基带处理，定位解算等功能，并将结果送往室内单元2。

所述壳体1.3为圆柱形腔体式结构件，其顶部端口设置有密封圈1.3.1，左侧设置有数据输出口1.3.2，右侧设置有调试接口1.3.3，底部设置有吸附磁铁1.3.4，用于直接将室外单元1固定于金属板件。

所述安装法兰1.4为壳体1.3的补充组件，在需要高稳定性的场合中为室外单元1提供可靠的固定方式。

室内单元2接收室外单元1送来的计算结果并将其显示于显示屏幕上，实现人机交互工作。

本发明的工作方式是：

天线模件1.1接收北斗二信号后通过射频接口1.2.9.1将其送入综合业务处理模件1.2，经过下变频处理模块1.2.6后变成相应的中频信号，然后经AD变换模块1.2.5后转换为数字信号，数字信号经过基带处理模块1.2.4解算后得到定位解算所需的伪距信息和电文信息。

天线模件1.1接收GPS信号后通过射频接口1.2.9.2将其送入综合业务处理模件1.2，经过下变频处理模块1.2.6后变成相应的中频信号，然后经AD变换模块1.2.5后转换为数字信号，数字信号经过基带处理模块1.2.4解算后得到定位解算所需的伪距信息和电文信息。

天线模件1.1接收北斗一收信号后将其通过射频接口1.2.9.3送入北斗一代模件1.2.7，北斗一代模件定位所需的发射信号再通过射频接口1.2.9.3送往天线模件1.1放大并发射，北斗一代模件1.2.7独立完成北斗一代定位功能并将结果送入嵌入式系统。

本发明工作时，由ARM嵌入式处理器1.2.1、同步动态数据存储器SDRAM1.2.2与FLASH可电子擦除存储器1.2.3组成嵌入式系统，接收基带处理模块1.2.4送出的伪距和电文信息，完成定位解算等数据处理工作，北斗一代单元直接将结果送入ARM嵌入式处理器1.2.1，最后ARM嵌入式处理器1.2.1按系统需要将处理结果通过RS232串行接口模块1.2.8驱动后送往数据输出接口1.2.10。测试射频信号可通过调试输入接口1.2.11进入综合业务处理模件代替天线信号，实现系统调试。

本发明在电路上基于扩频通信技术与卫星定位测速技术，支持多种定位导航体制，实现了高接收灵敏度，高定位精度。总体结构上根据实际使用情况出发，将系统划分为室外单元与室内单元，既保证了接收能力的高灵敏度，又保证了人机界面友好，可靠性高，操作方便。

附图说明

图1为本发明系统连接示意图，

图2为本发明系统电原理框图，

图3为本发明室外单元整体结构示意图，

图4为本发明室外单元综合业务处理模件电原理图，

图5为本发明室外单元综合业务处理模件印制板电路布局图。

图中符号说明：

1.1为天线模件，

1.1.1为天线，

1.1.2为射频功率放大模块；

1.2为综合业务处理模件，

1.2.1为ARM嵌入式处理器，

1.2.2为同步动态数据存储器SDRAM ，

1.2.3为FLASH可电子擦除存储器，

1.2.4 为基带处理模块，

1.2.5为AD变换模块，

1.2.6为下变频处理模块，

1.2.7 为北斗一处理模块，

1.2.8为RS232串行接口模块，

1.2.9 为射频接口模块，

1.2.9.1为北斗二射频接口，

1.2.9.2为GPS射频接口，

1.2.9.3为北斗一射频接口，

1.2.10 为数据输出接口，

1.2.11 为测试输入接口；

1.3为壳体，

1.3.1为密封圈，

1.3.2 数据输出接口，

1.3.3 为调试输入接口，

1.3.4 吸附磁铁；

1.4为安装法兰；

2为室内单元；

3为线缆。

具体实施方式

请参阅图1至图5所示，为本发明具体实施例。

从图1到图3可以看出：

本发明由室外单元1、室内单元2和线缆3组成，其中：室内单元2为人机交互界面，室外单元1包括有天线模件1.1，综合业务处理模件1.2，壳体1.3，安装法兰1.4。且天线模件1.1置于壳体上方，综合业务处理模件1.2置于其中壳体1.3内，安装法兰1.4置于壳体1.3下方，4者自上而下相互结合构成一个整体，经线缆3与室内单元1连接组成整个系统。

从图4可以看出：

所述综合业务处理模件1.2为模块化结构，包含有：ARM嵌入式处理器1.2.1、同步动态数据存储器SDRAM 1.2.2、可擦除电子存储器FLASFH1.2.3，专用GPS/北斗二双模式基带处理模块1.2.4，AD变换模块1.2.5，下变频处理模块1.2.6，北斗一代模件1.2.7，RS232串行接口模块1.2.8，射频接口1.2.9，数据输出接口1.2.10，调试输入接口1.2.11 。其中：

所述ARM嵌入式处理器1.2.1的第45至89脚依次分别与同步动态数据存储器SDRAM1.2.2的第3至47脚连接；其第92至131脚依次分别与FLASH可电子擦除存储器1.2.3的第2至41脚连接；其第14至17脚，依次分别与北斗一代处理模块1.2.7的第8至11脚连接；其第22至45脚依次分别与基带处理模块1.2.4的第12至35脚连接；其第2至6脚依次分别与RS232串行接口模块1.2.8的第3至7脚连接。ARM嵌入式处理器1.2.1接收来自北斗一代处理模块2.7和基带处理模块1.2.4的数据，并将计算处理后的结果送到RS232串行接口模块。

所述下变频处理模块1.2.6的第34、36脚依次分别与AD变换模块1.2.5的第4、8脚连接；其第3、5、7、9脚依次分别与北斗二射频接口1.2.9.1的第1脚、GPS射频接口1.2.9.2的第1脚、调试输入接口1.2.11的第1、2脚连接；其第2脚输出与AD变换模块1.2.5的第2脚以及基带处理模块1.2.4的第11脚连接。该单元接收来自射频接口1.2.9.1的北斗二信号和1.2.9.2的GPS信号，并将其转换为中频信号送到AD变换模块1.2.5。

所述AD变换模块1.2.5的第16至19脚依次分别与基带处理模块1.2.4的第37至40脚连接；其第21至24脚依次分别与基带处理模块1.2.4的第41至44脚连接。该单元将来自下变频处理模块1.2.6的中频信号转换为数字信号送入基带处理模块1.2.4。

所述北斗一模件1.2.7的第1、2、5、6脚依次分别与北斗一代射频接口1.2.9.3的第1、2脚，调试输入接口1.2.11的第3、4脚连接。该单元通过射频接口1.2.9.3收发信号，实现定位解算功能，并将结果送往ARM嵌入式处理器1.2.1。

所述数据输出接口1.2.10的第7脚与基带处理模块1.2.4的第9脚连接，其第1至4脚依次分别与RS232串行接口模块1.2.8的第3至7脚连接。该单元将基带处理模块1.2.4送出的秒脉冲信号和RS232串行接口模块1.2.8送出的数据信息送往数据输出接口1.2.10，是整个综合处理单元的对外接口。

从图5可以看出：

所述综合业务处理模件1.2为模块化结构，且其上方从左至右依次设置有：北斗二射频接口1.2.9.1的第1脚、测试输入接口1.2.11的第1脚、GPS射频接口1.2.9.2的第1脚、测试输入接口1.2.11的第2脚、北斗一射频接口1.2.9.3的第1脚、测试输入接口1.2.11的第3脚，共6个射频接口；其右上方从上至下设置有北斗一射频接口1.2.9.3的第2脚、测试输入接口1.2.11的第4脚；数据输出接口1.2.10设置在电路板下方外侧，其余各模块按照处理流程需要均匀设置于印制板上。将所有模块集中到一块印刷电路板的方式提高了系统的集成度和结构的简洁性。

值得特别说明的是，本发明中ARM嵌入式处理器1.2.1型号为S3C2440, SDRAM 1.2.2的型号为IS42S32400，FLASH可电子擦除存储器1.2.3的型号为S29GL128，；其余各元件为工业级产品，壳体部件为精加工铸造件。

以上实施例，仅为说明本发明的技术特征和可实施例，其目的在于使该领域的技术人员能够了解本发明的内容并具体实施。由此，凡根据本发明的构思作出的变换和修饰，均包含在本发明的权利要求范围内，依专利法提出申请。