安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 侯振華 孫華磊 王 偉

小型化北斗車載用戶機(jī)應(yīng)用研究

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 侯振華 孫華磊 王 偉

一款小型化北斗車載用戶機(jī),具備標(biāo)準(zhǔn)型車載用戶機(jī)的基本功能,包括北斗RDSS和RNSS功能,射頻和基帶部分采用通用的一體化設(shè)計(jì),提高天線低仰角增益,縮小產(chǎn)品尺寸,優(yōu)化產(chǎn)品安裝方式,保留WIFI、GPRS無線通信手段。

小型化;北斗;車載用戶機(jī)

0 引言

在自然災(zāi)害的發(fā)生時,應(yīng)急指揮車作為緊急時刻指揮手段,在多個政府部門普遍使用,有大、中、小三種類型的指揮指揮車輛,標(biāo)準(zhǔn)的北斗車載用戶機(jī)是19英寸機(jī)箱,很難在小型指揮車上使用,因此研發(fā)一種小型化的北斗車載用戶機(jī)就十分必要。這里介紹的北斗小型化車載用戶機(jī)是基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)型車載用戶機(jī)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行小型化設(shè)計(jì),具備標(biāo)準(zhǔn)型車載用戶機(jī)的基本功能,精簡內(nèi)置電源部分,精簡部分外部接口。保留WIFI、GPRS無線通信手段?？s小產(chǎn)品尺寸,優(yōu)化產(chǎn)品安裝方式。

1 系統(tǒng)介紹

小型化北斗車載型用戶機(jī)是基于我國自主研制和建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),具有BD2 RDSS定位、通信功能和BD2 RNSS/ GPS雙模定位、導(dǎo)航、授時等功能的移動衛(wèi)星導(dǎo)航通信平臺,系統(tǒng)示意圖如圖1所示,由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。

小型化北斗車載型用戶機(jī)屬北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的用戶段部分,主要由天線、車載型用戶機(jī)主機(jī)和顯控單元三部分組成。其中天線部分安裝于車頂部,主機(jī)和顯控單元安裝于車內(nèi)。

圖1 系統(tǒng)示意圖

小型化北斗車載型用戶機(jī)以車載機(jī)主機(jī)為核心,對外提供多種數(shù)據(jù)接口,方便與外設(shè)連接。例如,車載機(jī)主機(jī)提供1路標(biāo)準(zhǔn)RS232接口,無需增加任何設(shè)備就能夠與車載機(jī)服務(wù)器相連接,便于導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理。主機(jī)與顯控單元之間可靈活采用無線WIFI和有線RS232兩種連接方式,通過可移動的便攜式顯控單元,提供簡潔的導(dǎo)航定位和通信的控制操作模式。除此之外,車載機(jī)主機(jī)內(nèi)部增加了GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理單元,通過GPRS通信方式,應(yīng)用時可彌補(bǔ)北斗短報文通信頻度限制的缺點(diǎn),有效增加車載機(jī)和固定指揮中心之間的數(shù)據(jù)傳輸效率(見圖1)。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)天線模塊的小型化和高性能的技術(shù)要求,采用三個輻射單元完成對BD2 B1/GPS L1、BD1 L、BD1 S四個頻段的覆蓋,各輻射單元獨(dú)自饋電實(shí)現(xiàn)圓極化的技術(shù)方案。對于BD2 B1/GPS L1頻段的相對帶寬較寬等特點(diǎn),采用加厚輻射基板以拓展天線工作帶寬的形式,而BD1 L和BD1 S頻段仍采用單點(diǎn)饋電切角型輻射貼片結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)圓極化。根據(jù)工作頻段的特點(diǎn)和提高B1/L1頻段與L頻段的隔離度的要求,各輻射單元的結(jié)構(gòu)安排如下:下層為諧振于BD1 L頻段的輻射單元,中間層為諧振于BD1 S頻段的輻射單元,最上層為諧振于BD2 B1/GPS L1頻段的輻射單元,其各單元采用中心固定螺釘進(jìn)行固定。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中,為進(jìn)一步提高S頻段的低仰角增益,采用了金屬圓錐臺的接地板形式,并且通過在S頻段的介質(zhì)基板中加載金屬化過孔的方式,消除了饋電探針的干擾,便于各頻段的圓極化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),

通過改變天線發(fā)射底板形狀,可增加低仰角(10°)增益達(dá)-2dB,原用戶機(jī)天線低仰角(10°)增益僅低為-4dB,結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 天線支架及天線示意圖

為了降低車載用戶機(jī)主機(jī)的尺寸,采用射頻基帶一體化模塊設(shè)計(jì)方案,射頻電路由低噪聲放大器、射頻通道、功率放大器3部分組成。接收通道中低噪聲放大器第一級通常采用最低噪聲系數(shù)方法匹配來滿足低噪聲系數(shù)要求,第二級采用介質(zhì)濾波器或聲表面波濾波器來抑制帶外干擾信號,第三級再放大到到變頻通道所需的功率。

基帶部分北斗一代采用型號為BM3005MQ的北斗收發(fā)芯片,北斗二代采用TD3020C模塊。北斗、GPS信號可單獨(dú)輸出,也可通過單片機(jī)組合輸出?；鶐Р捎眯吞枮锽M3005MQ的北斗收發(fā)芯片,預(yù)留BD2GPS,采用TD3020C模塊,需要時可選擇焊接;預(yù)留單片機(jī)位置,需要做北斗信號處理時可選擇焊接。北斗、GPS信號可單獨(dú)輸出,也可通過單片機(jī)組合輸出。主機(jī)成品如圖3所示: