北斗與gps信號轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種北斗與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(dǎo)航通信系統(tǒng)。本發(fā)明的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，設(shè)有北斗二代衛(wèi)星信號接收單元，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(dǎo)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(dǎo)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。本發(fā)明與現(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(dǎo)航系統(tǒng)。
【專利說明】
北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星通信設(shè)備，特別是一種北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)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)】
[0002] 自2012年底北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式投入應(yīng)用，中國的衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)建立通信，并能在僅存在北斗二代導(dǎo)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明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(dǎo)航通信系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明采用以下技術(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(dǎo)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(dǎo)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。
[0005] 本發(fā)明的北斗二代衛(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。
[0006] 本發(fā)明的衛(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?GPS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)。
[0007] 本發(fā)明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(fù)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。
[0008] 本發(fā)明的導(dǎo)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(dǎo)航電文，向信號綜合單元輸出。
[0009] 本發(fā)明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。
[0010] 本發(fā)明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。
[0011] 本發(fā)明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(dǎo)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。
[0012] 本發(fā)明的射頻發(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。
[0013] 本發(fā)明的北斗二代衛(wèi)星信號接收單元、導(dǎo)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。
[0014]本發(fā)明與現(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(dǎo)航系統(tǒng)，并能在僅存在北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航信號的環(huán)境中 具有正常工作能力。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明的時間基準生成單元的輸入輸出波形圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的北斗 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(dǎo)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。
[0018] 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)。
[0019] 從衛(wèi)星信號中解析出信號中的導(dǎo)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(dǎo)航衛(wèi)星 健康狀況和電離層延時模型參數(shù)。
[0020] 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。
[0021] 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：
式(1)中，Xr、Yr、Zr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，Xi、Yi、Zi為北斗二代衛(wèi)星的三維位置坐標，c/T r為接收機鐘差，:Ti為衛(wèi)星 到接收機的幾何距離，psnS接收機測得的偽距，i=l、2、3、4，c為光速，Τ_。為電離層延遲誤 差，Ttrop為對流層延遲誤差，Trelav為相對誤差，c/T sv為北斗二代衛(wèi)星鐘差，Rnoise為接收機 內(nèi)部噪聲造成的距離偏差。
[0022] 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。
[0023] 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)。
[0024] 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(fù)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。
[0025] 導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航電文為符合GPS接 口標準IS-GPS-200F的GPS導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。
[0026] 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LI C/A碼信號。
[0027] 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。
[0028]信號綜合單元107接收導(dǎo)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(dǎo)航電文（導(dǎo)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(dǎo)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。
[0029] 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。
[0030] 本實施例中，北斗二代衛(wèi)星信號接收單元101、導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)航技術(shù)有限責(zé)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。
【主權(quán)項】
1. 一種北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器設(shè)有北斗二代 衛(wèi)星信號接收單元（101)，北斗二代衛(wèi)星信號接收單元（101)接衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元（102)和 時間基準生成單元（103)，衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元（102)接導(dǎo)航電文生成單元（104)和測距碼生 成單元（105)，時間基準生成單元（103)接測距碼生成單元（105)和載波生成單元（106)，導(dǎo) 航電文生成單元（104)、測距碼生成單元（105)和載波生成單元（106)經(jīng)信號綜合單元（107) 接射頻發(fā)生單元(108)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述北斗二代衛(wèi)星信號 接收單元（101)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（101)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（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。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述衛(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)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述時間基準生成單元 (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，每毫秒生成重復(fù)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（105)和載波生成單元 (106)輸出。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述導(dǎo)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)，生成GPS場景 下的北斗二代衛(wèi)星信號導(dǎo)航電文，向信號綜合單元(107)輸出。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于：所述測距碼生成單元 (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（1 〇 3 )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(107)輸出。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述載波生成單元（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，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(107)輸出。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述信號綜合單元（107) 使用GPS場景下的北斗二代衛(wèi)星測距碼信號，對導(dǎo)航電文進行擴頻，使用二進制相移鍵控 (BPSK)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（108)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述射頻發(fā)生單元（108) 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。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的北斗與GPS信號轉(zhuǎn)換器，其特征在于:所述北斗二代衛(wèi)星信號 接收單元（101)、導(dǎo)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M300 GNSS型接收機，衛(wèi)星狀態(tài)轉(zhuǎn)換單元（102)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（103)采用THTM-HCM2型高精度時鐘同步模塊，射頻 發(fā)生單元（108)采用GNRF0302 GNSS型射頻板。
【文檔編號】G01S19/35GK106093971SQ201610618264
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月1日 公開號201610618264.2, CN 106093971 A, CN 106093971A, CN 201610618264, CN-A-106093971, CN106093971 A, CN106093971A, CN201610618264, CN201610618264.2
【發(fā)明人】陳磊, 龍隆, 陳亮
【申請人】深圳市星芯趨勢科技有限責(zé)任公司