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GNSS信号闭环跟踪电路结构

专利查询2022-5-13  103

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gnss信号闭环跟踪电路结构
技术领域
1.本实用新型涉及自动化领域,特别涉及一种跟踪电路,尤指一种gnss信号闭环跟踪电路结构。


背景技术:

2.全球导航卫星系统(gnss)包括美国的gps(global positioing system)、俄罗斯的 glonass(global navigation satellite system)、欧盟的galileo以及中国的bds(beidounavigation satellite system)等。其中,最具代表性的是美国的gps系统,其在民用以及军用领域发挥着巨大的作用,在测绘地理信息领域也得到了非常广泛的应用。随着gnss技术的普及以及广泛应用,用户对定位精度的需求也在不断提高,从10m的普通手机定位到亚米级的车载定位再到mm级的高精度变形监测。
3.卫星靠电磁波传播信号,卫星信号是由地面上卫星站,把信号用卫星天线发射到定点在赤道上空的卫星上,经卫星接收转频放大后,再用发射天线按覆盖地区发射下来,供地面卫星接收用户接收。卫星信号是导航系统最重要的组成部分之一,导航系统以信号为桥梁,将信息播发给用户,相关信息包括卫星位置、时间与时钟更新量、当前卫星状态等参数。
4.卫星信号由载波、伪码和导航电文组成,由于gnss接收机在接收卫星信号时,卫星仍处于运动状态,由于传播路程差的原因,会造成载波信号相位和频率的变化,将这种变化称为多普勒频移。尤其对于低轨道卫星多普勒频移较大且变化非线性,多普勒频移对于接收信号的质量影响很大。目前主要采用软件对其进行差分解调的后续处理来消除多普勒频移,软件处理的运算量较大导致实时性差,且过多占用服务器内存,增加了成本,所以需要一种硬件技术方案来解决上述存在的问题。


技术实现要素:

5.本实用新型的目的在于提供一种gnss信号闭环跟踪电路结构,解决了现有技术存在的上述问题。对输入信号进行模数转换,输入信号经过乘法器与本地参考信号进行混乘,获得和频信号和差频信号,而后经过截止频率可调的低通滤波器,将频率较高的和频信号滤除,留下差频信号。由鉴别器获取其频率和相位信息,该频率值即为频差,以该频差和相位对 fpga芯片产生的本地参考信号和低通滤波器截止频率进行数值调整,以消除gnss信号中的多普勒频移。
6.本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现:
7.gnss信号闭环跟踪电路结构,输入信号与乘法器1相连,fpga芯片6与da转换芯片 4相连,da转换芯片4与乘法器1;乘法器1与可调低通滤波器2相连,可调低通滤波器2 与鉴别器3相连,鉴别器3与ad转换芯片5相连,ad转换芯片5与fpga芯片6相连;本地参考信号由fpga芯片6产生,经过da转换芯片4转化为模拟信号;输入信号经过乘法器1与本地参考信号相乘,所得信号经过可调低通滤波器2后由鉴别器3获得信号的频率和相位信息,得到信号
的频率和相位信息,再经过ad转换芯片5进行模数转换后送入fpga 芯片6,对本地参考信号进行频率数值改正以消除多普勒频移。
8.所述的乘法器1的1引脚与输入信号相连,12引脚与可调低通滤波器2的8引脚连接,可调低通滤波器2的5引脚与鉴别器3的5引脚连接,鉴别器3的10引脚与ad转换芯片5 的14引脚连接,鉴别器3的12引脚与fpga芯片6的81引脚连接,ad转换芯片5的15 引脚与fpga芯片6的95引脚连接,fpga芯片6的34引脚与da转换芯片4的4引脚连接, da转换芯片4的1引脚与乘法器1的8引脚连接。
9.所述的乘法器1可调低通滤波器2、鉴别器3、da转换芯片4、ad转换芯片5、fpga 芯片6的gnd连接到一起,接地。
10.所述的乘法器1的型号为mc1496,可调低通滤波器2的型号为max297,鉴别器3的型号为ad9901,da转换芯片4的型号为ad5320,ad转换芯片5的型号为用ad7888,fpga 芯片6的型号为xc3120a。
11.所述的可调低通滤波器2采用可调截止频率的低通滤波器,其截至频率为差频信号的1.2倍。
12.所述的鉴别器3型号为ad99001,获取输入信号的频率和相位信息。
13.所述的fpga芯片6根据鉴别器的输出信号产生一个调整信号,通过da转换芯片4转换为模拟信号发送给可调低通滤波器2,改变可调低通滤波器2的截止频率,以防止频率失锁的发生。
14.本实用新型的有益效果在于:结构简单、反应迅速、工作稳定、可以对多普勒频移实时改正、精确获取相位值、可调截止频率的低通滤波器可以防止差频信号超出截止频率导致的信号失锁问题。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本技术的一部分,本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。
16.图1为本实用新型的结构框图;
17.图2为本实用新型的芯片电路连接示意图。
18.图中:1、乘法器;2、低通滤波器;3、鉴别器;4、da转换芯片;5、ad转换芯片;6、fpga 芯片。
具体实施方式
19.下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。
20.参见图1及图2所示,本实用新型的gnss信号闭环跟踪电路结构,包括乘法器、滤波器、芯片。首先对输入信号进行模数转换,输入信号经过乘法器与本地参考信号进行混乘,获得和频信号和差频信号,而后经过截止频率可调的低通滤波器,将频率较高的和频信号滤除,留下差频信号。由鉴别器获取其频率和相位信息,该频率值即为频差,以该频差和相位对fpga芯片产生的本地参考信号和低通滤波器截止频率进行数值调整,以消除gnss信号中的多普勒频移。输入信号与乘法器1相连,fpga芯片6与da转换芯片4相连,da转换芯片4与
乘法器1;乘法器1与可调低通滤波器2相连,可调低通滤波器2与鉴别器3相连,鉴别器3与ad转换芯片5相连,ad转换芯片5与fpga芯片6相连;本地参考信号由fpga 芯片6产生,经过da转换芯片4转化为模拟信号;输入信号经过乘法器1与本地参考信号相乘,所得信号经过可调低通滤波器2后由鉴别器3获得信号的频率和相位信息,将该信息再经过ad转换芯片5进行模数转换后送入fpga芯片6,根据信号的频率和相位信息对fpga 芯片6产生的本地参考信号进行频率数值改正以消除多普勒频移。所述的fpga芯片6根据信号的频率和相位信息产生一个调整信号,通过da转换芯片4转换为模拟信号发送给可调低通滤波器2,以防止频率失锁的发生。
21.所述的乘法器1的1引脚与输入信号相连,12引脚与可调低通滤波器2的8引脚连接,可调低通滤波器2的5引脚与鉴别器3的5引脚连接,鉴别器3的10引脚与ad转换芯片5 的14引脚连接,鉴别器3的12引脚与fpga芯片6的81引脚连接,ad转换芯片5的15 引脚与fpga芯片6的95引脚连接,fpga芯片6的34引脚与da转换芯片4的4引脚连接, da转换芯片4的1引脚与乘法器1的8引脚连接。
22.所述的乘法器1可调低通滤波器2、鉴别器3、da转换芯片4、ad转换芯片5、fpga 芯片6的gnd连接到一起,接地。
23.卫星信号表示为s(t)=a
·
c(t)
·
cos[2π(fc+fd)t-(φc+φd)],其中a为导航电文,c(t)伪码信号,余弦函数为载波信号,fc为信号频率;fd为多普勒频移产生的频率偏差;φc为信号相位;φd为多普勒频移产生的相位偏差。函数信号发生器产生的本地参考信号为: k(t)=cos(2πfkt+φk),fk为本地参考信号频率;φk为本地参考信号相位,当卫星信号与本地参考信号相乘时得到的乘积为:
[0024][0025]
经过低通滤波器后和频部分被滤除,剩下的为差频部分:
[0026][0027]
经过鉴别器3获得其频率和相位后将其输入给fpga芯片6产生的本地参考信号进行频率值改正,进而使fk=fc+fd,φk=φc+φd,从而使差频部分为将载波信号完全剥离,以便进行后续处理。
[0028]
所述的乘法器1的型号为mc1496,可调低通滤波器2的型号为max297,鉴别器3的型号为ad9901,da转换芯片4的型号为ad5320,ad转换芯片5的型号为用ad7888,fpga 芯片6的型号为xc3120a。
[0029]
所述的可调低通滤波器2采用可调截止频率的低通滤波器,其截至频率应为差频信号的1.2倍,以保证有用信号能通过低通滤波器且不引入过多其他频率成分。
[0030]
所述的鉴别器3为获得信号的频率和相位信息,选用型号为ad9901。所述的本地参考信号由fpga芯片6产生。电路连接图所有芯片gnd应连接到一起然后接地。
[0031]
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、
等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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