原艷寧，崔劍鋒

陜西凌云科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119

0 引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研制的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建

立對我國國防和經(jīng)濟建設(shè)將起到積極作用，使我國能在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

（GNSS）中占有一席之地。由于“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有定位和短信功能，所以尤其適合于特殊，如邊遠(yuǎn)與人口稀少地區(qū)、高山密林、內(nèi)陸水路等特定地區(qū)和特殊行業(yè)應(yīng)用。北斗系統(tǒng)的授時功能還能為通信、電力、鐵路等網(wǎng)絡(luò)進行精確授時、校時間同步[1]。由于北斗系統(tǒng)自身的特點和國家的大力支持，可以預(yù)見，北斗系統(tǒng)的應(yīng)用將進入一個快速增長期和爆發(fā)期[2]。

1 系統(tǒng)主要功能

1）衛(wèi)星通訊功能。支持基于北斗一代的民卡應(yīng)用，可實現(xiàn)雙向短報文通訊；

2）衛(wèi)星定位功能。支持在北斗服務(wù)區(qū)內(nèi)全天候定位，具有緊急定位功能；

3）多種協(xié)議支持。支持多種協(xié)議，并可通過外部指令進行切換；

4）自動零值校準(zhǔn)。通過串口設(shè)置天線所在點位的54坐標(biāo)，用戶機可自動校準(zhǔn)設(shè)備零值；

5）北斗時校正功能。外圍設(shè)備可向北斗終端發(fā)送校時指令獲取當(dāng)前北斗標(biāo)準(zhǔn)時間。

2 系統(tǒng)組成

2.1 基本組成

北斗系統(tǒng)主要利用兩顆地球同步衛(wèi)星和一顆在軌備份衛(wèi)星采用有源定位的方式來測量地球表面和空中的各種用戶的位置，并同時兼有雙向報文通訊和授時的功能。本文實現(xiàn)的用戶機由收發(fā)機、天線及高頻電纜組成。組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 組成結(jié)構(gòu)框圖

2.2 工作流程

接收天線振子接收的模擬衛(wèi)星信號經(jīng)由低噪聲放大器進行放大和濾波，獲得較高的增益和較低的噪聲系數(shù)。前端多工器將接收信號、發(fā)射信號以及電源控制信號隔離，送給相應(yīng)模塊處理。經(jīng)介質(zhì)雙工器的電源控制信號通過電壓控制部分控制功放模塊的打開與關(guān)閉，且通過DC/DC轉(zhuǎn)換芯片提供低噪聲放大器的工作所需的電壓。發(fā)射信號經(jīng)雙工器后進行濾波和放大以彌補在電纜傳輸過程的信號衰減，然后經(jīng)功放后送給發(fā)射天線振子。

收發(fā)機主要完成兩部分功能：接收和發(fā)射。后端多工器將接收信號、發(fā)射信號以及電源信號隔離。收發(fā)組件中的接收單元將射頻信號經(jīng)過濾波處理、放大及下變頻和AGC控制后輸出至AD轉(zhuǎn)換電路部分，由經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字中頻信號，再由基帶信號處理單元對多路數(shù)字中頻信號進行相關(guān)運算和解析，輸出通信、定位信息給接口單元，最后由接口單元完成電平轉(zhuǎn)換及對外輸出。發(fā)射單元產(chǎn)生北斗發(fā)射的上行載波信號，并對其進行放大、濾波及BPSK調(diào)制來自外部輸入的信息。

2.3 用戶機結(jié)構(gòu)尺寸及重量

收發(fā)機的尺寸 為184mm×155mm×56.5mm，采用4個M4的螺釘直接與載體緊固，重量大約1.4kg。天線的尺寸為φ140mm×h120mm，采用4個M6的螺釘與載體緊固，重量大約1.1kg。

3 遇到的問題及解決措施

3.1 多種信號相互干擾的問題

用戶機中上行高頻信號、下行高頻信號、電源信號和控制信號均通過一根高頻電纜傳輸，信號交叉和串?dāng)_比較嚴(yán)重，在設(shè)計中將用戶機箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計分為上、下兩個腔體，既能有效地減少電磁干擾帶來的影響，又能更有效地提高產(chǎn)品的維護性。收發(fā)機和天線內(nèi)部高頻部件均采用獨立結(jié)構(gòu)，使其具有二次電磁屏蔽功能。有效保證了高頻和低頻部分、數(shù)字和模擬部分的相互獨立。

除此之外，在電路設(shè)計中充分考慮多種信號相互串?dāng)_的問題，在有可能出現(xiàn)信號交叉的地方均進行特殊的設(shè)計。

3.2 芯片溫度過高的問題

在+55℃環(huán)境下，電源芯片LTC3780表面溫度過高，導(dǎo)致工作不穩(wěn)定。在設(shè)計時，盡量減少其工作時間，同時考慮到此芯片靜態(tài)功率較小，靠自身散熱基本能保證正常工作，而針對瞬間工作時產(chǎn)生的熱量，通過給芯片粘貼散熱片的方法來解決。

設(shè)備中FPGA芯片工作時發(fā)熱量也比較大，為了保證工作的可靠性，通過修改腔體結(jié)構(gòu)，用散熱片將FPGA與機體相連，達(dá)到較快較好的散熱效果，并且增加導(dǎo)熱橡膠墊，避免硬接觸對元件版的損傷。

4 結(jié)論

本文給出了基于北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)的一種用戶機的基本組成及工作流程概況。此型號產(chǎn)品現(xiàn)已批量生產(chǎn)，為水文監(jiān)測、船舶運輸和國土資源調(diào)查等方面的綜合應(yīng)用提供了有價值的數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上研發(fā)的同類產(chǎn)品，也已小批量投入使用。目前，用戶對產(chǎn)品性能指標(biāo)等反應(yīng)較好。

[1]唐金元，王翠珍，尚新強.“北斗一號”系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的應(yīng)用比較[J].船用導(dǎo)航雷達(dá)，2007，1(1)：1-7.

[2]Jinchen Wei，Dingjie Xu，Jun Deng and Ping Huang.Synchronization for“Beidou” Satellite TerrestrialImprovement Radio Navigation System.Proceedings of the2004 International Conference on Intellgent Mechatrcnicsand Automation.Chengdu，China.August 2004:672-676.