[发明专利]一种船用北斗三号定位模块及定位方法

权利要求书

1.一种船用北斗三号定位模块，其特征在于：包括CPU、射频下变频电路、基带处理电路及外围电路；

所述CPU包括主控CPU和备用CPU，其中主控CPU与基带处理电路采用总线连接；主控CPU与备用CPU通过串口相连接，主控CPU与备用CPU在发生故障时，进行切换；主控CPU采用GM4676芯片，备用CPU采用STM32F767芯片，射频下变频电路包括RX3902B芯片，基带处理电路包括两片5CEFA9U19的FPGA芯片，外围电路包括PRM芯片、MPD007芯片，配置的PRM芯片和MPD007芯片是为了兼容北斗二号军码信号，5CEFA9U19的FPGA芯片包括配置芯片、延迟电路、SDRAM、FLASH、内部时钟产生及切换电路；

基带处理电路与处理射频下变频电路串口连接；

射频下变频电路包括：有源天线、两级低噪声放大器、功分器、带通滤波器、差分放大器、射频芯片RX3902B，射频芯片RX3902B包括低通滤波器、AGC自动增益放大器及AD转换器；其结构为：有源天线连接两级低噪声放大器的输入端，两级低噪声放大器的输出端连接功分器的输入端，功分器的输出端分为三路，每一路串联一个带通滤波器以及一个差分放大器，差分放大器的输出端串联射频芯片RX3902B的低通滤波器、AGC自动增益放大器及AD转换器，内部时钟及切换电路连接射频芯片RX3902B，射频下变频电路中两级低噪声放大器采用SGA0363Z，功分器采用WP4G+；

基带处理电路包括：P码接口电路、时钟切换电路、本地时钟电路、TIC电路、外部中断管理功耗电路、通道电路、捕获电路、串口接口电路，译码电路、跟踪电路；其结构为：P码接口电路连接通道电路，通道电路连接跟踪电路，时钟切换电路分别连接通道电路及捕获电路，本地时钟电路分别连接外部中断管理功耗电路、TIC电路、捕获电路、通道电路、串口接口电路，译码电路分别连接跟踪电路、TIC电路、捕获电路、外部中断管理功耗电路及串口接口电路的输出端，基带处理电路通过串口接口电路连接射频下变频电路的射频芯片；

捕获电路包括：第一DDC、伪码子载波发生器、滤波器、缓存采样转换器、并行相关单元、位移寄存器、缓存、运算电路、相关峰查找电路，并行相关单元包括并行相关器I/并行相关器Q，其结构为：伪码子载波发生器连接缓存采样转换器后连接位移寄存器，位移寄存器的输出端分别连接并行相关器I和并行相关器Q，第一DDC串联滤波器及缓存采样转换器后分为两路，一路串联并行相关器I、缓存、运算电路及相关峰查找电路，另一路串联并行相关器Q、缓存、运算电路及相关峰查找电路；

跟踪电路包括：第二DDC、观测量计数器、码NCO、子载波NCO、通道相关器组、码产生器、N选1电路、积分电路、跟踪环路及RAM，跟踪环路包括位同步帧同步译码电路、FLL、PLL、DLL、SLL；第二DDC分为两路，一路连接观测量计数器，另一路连接通道相关器组，码NCO分为两路，一路连接观测量计数器，另一路连接码产生器，码产生器的输出连接通道相关器组，子载波NCO连接通道相关器组，通道相关器组串联N选1电路、积分电路、跟踪环路及RAM。

2.一种基于权利要求1所述船用北斗三号定位模块的定位方法，其特征在于：所述定位方法的具体步骤为：定位信号通过射频下变频电路的信号接收电路接收，接收到的定位信号经初步处理后输入至射频下变频电路，初步处理的定位信号通过射频下变频电路变为数字中频信号，数字中频信号通过基带处理电路提取产生的观测量、电文信息进行位置、速度、钟差解算，通过基带处理电路提取的解算结果通过主控CPU的串口输出；

射频下变频电路的步骤为：信号通过有源天线进入两级低噪声放大器放大信号，通过功分器将接收信号分为三路，再经过带通滤波器滤除掉带外信号和镜像噪声后经差分放大器将信号差分后送入射频芯片RX3902B，射频芯片接收到射频信号后，采用同相/正交形式进行混频处理，将射频信号下变频为低中频信号，低中频再经过低通滤波器将不需要的高频成分滤掉，再对滤波后的低中频信号使用AGC自动增益放大器进行放大，最后I/Q支路分别通过AD转换器模数转换，得到I/Q支路的数字中频信号；

基带处理电路的步骤为：射频下变频处理后的信号通过时钟切换电路后分别输入至捕获电路以及通道电路中，外部中断管理功耗电路、TIC电路、捕获电路、跟踪电路、串口接口电路将输出的结果送入译码电路提取基带单元产生的观测量、电文信息进行位置、速度、钟差解算，并且最终将解算结果通过串口输出；

捕获电路的步骤为：当信号捕获单元收到信号捕获指令，捕获单元首先进入数据存储过程，数字中频信号与本地产生的所有需要捕获卫星信号的码同时存入缓存中，存数完成之后，信号捕获单元进入相关运算过程，捕获电路依次将所存储的卫星数据和子码送入相关器进行相关运算，时域相关使用两路并行相关单元，每路包含512个并行复数相关器，每次相位搜索完成后，硬件电路会控制子码偏移后重新取数进行相关，直到搜索完所有相位；相关器输出的积分清零结果被分段存储在缓存当中，当一次相关完成后通知频域FFT模块进行FFT运算；

跟踪电路的步骤：每个相关通道中的通道相关器跟踪信号及解调支路获取电文；码产生器产生相位相同的导频码和数据码，在跟踪导频进行数据解调；观测量计数器观测量计数和锁存码NCO和子载波NCO的相位值；各个通道的相关值分时送入跟踪环路中进行鉴相滤波和数据解调操作；跟踪环路获取电文解调译码电路电文信息；同步电路建立接收信号的帧同步和位同步；FLL和PLL跟踪载波；DLL跟踪PN码；SLL跟踪子载波；跟踪获得的环路滤波器的输出值通过总线反馈至各个相关通道的NCO实现本地对接收信号载波、子载波和PN码的复现。