Мобильный навигационный терминал

Полезная модель относится к телекоммуникационным устройствам, а именно к мобильному навигационному терминалу (МВТ), который может найти широкое применение для телематических служб операторов спутниковых навигационных систем.

Техническим результатом данной полезной модели является повышение достоверности приема спутниковых навигационных данных от двух спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) за счет введения двухсистемного спутникового навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS, повышение надежности приемопередачи данных по спутниковым каналам за счет введения спутникового модема и разъема подключения спутниковой антенны, перераспределения функций между элементами мобильного навигационного терминала.

Указанный технический результат достигается за счет того, что МНТ содержит двухсистемный спутниковый навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, спутниковый модем, микроконтроллер, три порта ввода-вывода, стабилизатор электропитания на 3,3 вольт, разъем для подключения спутниковой антенны и разъем для подключения ГЛОНАСС/GPS антенны. В частном варианте выполнения упомянутый спутниковый модем имеет возможность работать в спутниковой сети ORBCOMM (ORBITAL COMMUNICATIONS) на частотах линия вверх 148.000-150.000 МГц и линия вниз 137.000-138.000 МГц.

Полезная модель относится к телекоммуникационным устройствам, а именно к мобильному навигационному терминалу (МНТ), который может найти широкое применение для телематических служб операторов спутниковых навигационных систем (СНС).

Большая часть МНТ конструктивно представляет собой набор последовательно соединенных микросхем: GSM (Global System for Mobile Communications) / GPRS (General Packet Radio Service) модем, микроконтроллер (процессор), GPS (Global Positioning System) приемник и порт ввода-вывода.

Известен мобильный терминал связи для сетей глобальной системы мобильной связи GSM, описанный в патенте РФ на полезную модель №32652, 05.05.2003. Мобильный терминал связи для сетей глобальной системы мобильной связи GSM состоит из следующих компонентов:

GSM модем, навигационный узел (GPS или ГЛОНАСС приемник), процессор, переключатель и порта ввода-вывода.

Недостатком этого устройства является невозможность одновременной работы в двух спутниковых навигационных системах (СНС) GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) и как следствие, низкая достоверность определения координат.

Известно из уровня техники и описано, например, в журнале «Электронные компоненты», №4 за 2007 г., в статье Игоря Корнеева, Владимира Немудрова, Вадима Польщикова и Олега Лагутина «Специализированная СБИС - основа цифрового навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS», что одновременное использование двух систем

ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) позволяет радикально повысить достоверность определения координат до уровня, недостижимого в любой отдельно взятой системе.

Известен мобильный терминал для сетей глобальной системы мобильной связи GSM, описанный в патенте РФ на полезную модель №32653, 14.05.2003. Мобильный терминал для сетей глобальной системы мобильной связи GSM состоит из следующих компонентов: GSM модем, навигационный узел, два процессора, устройство ввода-вывода, два запоминающих устройства и порт ввода-вывода.

Однако этот мобильный терминал также имеет недостаток - у него слишком низкая надежность, так как он имеет возможность работы только в GSM сети, которая не имеет покрытия в горных районах, районах крайнего севера и степи.

Таким образом, техническим результатом данной полезной модели, является повышение достоверности приема спутниковых навигационных данных от двух СНС ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) за счет введения двухсистемного спутникового навигационного приемника (СНП) ГЛОНАСС/GPS, повышение надежности приемопередачи данных по каналам спутниковой сети за счет введения спутникового модема и разъема подключения спутниковой антенны, перераспределения функций между элементами мобильного навигационного терминала.

Технический результат достигается за счет того, что мобильный навигационный терминал, содержащий стабилизатор электропитания на 3,3 вольт, совмещенный ГЛОНАСС/GPS приемник, выполненный с возможностью одновременной работы с глобальной навигационной спутниковой системой России (ГЛОНАСС) и глобальной системой позиционирования США (Global Positioning System - GPS), преобразователь уровня RS-232, предназначенный для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232, микроконтроллер, разъем подключения

ГЛОНАСС/GPS антенны, первый порт ввода-вывода, предназначенный для коммутации с источником электропитания и персональным компьютером, второй порт ввода-вывода, предназначенный для коммутации с внешними исполнительными устройствами и датчиками, третий порт ввода-вывода, предназначенный для программирования микроконтроллера, дополнительно содержит спутниковый модем, предназначенный для работы в спутниковой сети, разъем для подключения антенны спутникового модема, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом упомянутого спутникового модема, третий вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом преобразователя уровня RS-232, при этом ГЛОНАСС/GPS приемник первым входом-выходом соединен с первым входом-выходом разъема подключения ГЛОНАСС/GPS антенны, а третьим входом-выходом ГЛОНАСС/GPS приемник соединен с первым входом-выходом микроконтроллера, третий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом преобразователя уровня RS-232, третий вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом первого порта ввода-вывода, при этом второй выход стабилизатора электропитания на 3,3 вольта одновременно соединен со вторым входом ГЛОНАСС/GPS приемника и вторым входом микроконтроллера, и вторым входом преобразователя уровня RS-232, и вторым входом второго порта ввода-вывода, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом микроконтроллера, шестой выход которого подключен к первому входу третьего порта ввода-вывода, второй выход которого предназначен для передачи аналоговых данных и соединен с пятым входом микроконтроллера, третий выход третьего порта ввода-вывода предназначен для передачи цифровых данных и соединен с пятым входом микроконтроллера, при этом первый выход упомянутого первого порта ввода-вывода соединен с первым входом стабилизатора электропитания на 3,3 вольт и первым входом спутникового модема.

В частном варианте выполнения упомянутый спутниковый модем имеет возможность работать в спутниковой сети ORBCOMM (ORBITAL COMMUNICATIONS) на частотах линия вверх 148.000-150.000 МГц и линия вниз 137.000-138.000 МГц.

Заявленная полезная модель иллюстрируется следующими чертежами: фиг.1, на которой показана структурная схема МНТ; фиг.2, на которой показана фотография МНТ.

Рассмотрим структуру и работу МНТ.

Как видно из чертежа фиг.1, МНТ 1, содержит разъем подключения антенны спутникового модема 2, к которому подключается антенна спутникового модема 12, которая принимает и передает сообщения (данные) от/к телекоммуникационного спутника ORBCOMM (ORBITAL COMMUNICATIONS) (на чертеже не показано).

Сигналы от двух спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) (на чертеже не показано) поступают на совмещенную ГЛОНАСС/GPS антенну 13, которая подключается к разъему подключения ГЛОНАСС/GPS антенны 3, к которому подключен ГЛО-HACC/GPS приемник 5, который в свою очередь соединен с микроконтроллером 6 и вторым портом ввода-вывода 2. Упомянутый микроконтроллер 6 соединен с третьим портом ввода-вывода 8 и вторым портом ввода-вывода 11, и с преобразователем уровня RS-232 - 7, который соединен с первым портом ввода-вывода 9.

Как видно из чертежа фиг.1, МНТ 1 дополнительно содержит стабилизатор электропитания на 3,3 вольта 10, выход которого одновременно связан с преобразователем уровня RS-232 - 7 и вторым портом ввода-вывода 11, и микроконтроллером 6, и ГЛОНАСС/GPS приемником 5.

МНТ 1 работает следующим образом.

При приеме данных (сообщений) на запрос определения местоположения МНТ 1, используя сервис передачи коротких сообщений SMS (Short Message Service), сообщение от спутника системы связи ORBCOMM (на чертеже не показано) поступает на антенну 12, далее через разъем подключения антенны 2, сообщение поступает на спутниковый модем 4.

Необходимо отметить, что система спутниковой связи ORBCOMM (на чертеже не показана) предназначена для работы в режиме поискового вызова, передачи двухсторонних данных в реальном масштабе времени и определении местоположения подвижных объектов по всему миру (в глобальном масштабе). Однако систему спутниковой связи ORBCOMM (на чертеже не показана) нельзя использовать для голосовой радиотелефонной связи. Проект был инициирован и управляется компанией TELEGLOBE и корпорацией ORBITAL SCIENCES CORP. (OSC), a также дочерней фирмой ORBITAL COMMUNICATIONS (ORBCOMM). Космический сегмент система спутниковой связи ORBCOMM (на чертеже не показано) состоит из 16 космических спутников связи (КСС) на круговой полярной орбите высотой 825 км наклонением 70 и 108 град, 32 КСС на круговой орбите высотой 825 км наклонением 45 град.

Каждый КСС ORBCOMM (на чертеже не показано) имеет дисковую конструкцию диаметром 1,41 ми высотой 0,16 м. Антенная система КСС ORBCOMM (на чертеже не показано) конструктивно совмещена с магнетометром и штангой градиентно-гравитационной стабилизации. На КСС ORBCOMM установлены два датчика горизонта, баллистическое обеспечение движения КСС ORBCOMM основано на использовании бортового GPS датчика (на чертеже не показано).

Спутниковый модем 4 выполняет функцию приемопередатчика по приему и отправке сообщений (данных) от/к спутнику связи (на чертеже не показано). Получив команду на запрос координат геодезических

пунктов, спутниковый модем 4, передает команду на микроконтроллер 6, в котором выполняется программа по запросу геодезических данных полученных от ГЛОНАСС/GPS приемника 5.

Сигналы от двух СНС ГЛОНАСС (Россия) и GPS(CШA) (на чертеже не показано) непрерывно поступают на совмещенную ГЛО-HACC/GPS антенну 13, далее через разъем подключения антенны 3 в ГЛОНАСС/GPS приемник 5.

Здесь необходимо отметить, что совмещенный ГЛОНАСС/GPS приемник 5 состоит из аналоговой и цифровой части (на чертеже не показано). Совмещенный ГЛОНАСС/GPS навигационный приемник 5 предназначен для приема сигналов спутниковых систем навигации ГЛОНАСС (частотные литеры - от -7 до +12, сигнал стандартной точности) и GPS (сигнал С/А). В аналоговой части (RF Front End - FE) ГЛОНАСС/GPS приемника 5 (на чертеже не показано) производится фильтрация и усиление входных сигналов, а также их оцифровка. Аналоговая часть ГЛО-HACC/GPS приемника 5 (на чертеже не показано) построена по схеме супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты. Частоты гетеродинов формируются из частоты опорного кварцевого генератора методом косвенного синтеза (на чертеже не показано) с использованием петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Выходные сигналы аналоговой части ГЛОНАСС/GPS приемника 5 (на чертеже не показано) - это бинарные отсчеты сигналов второй промежуточной частоты (ГТЧ) ГЛОНАСС и GPS, сигнал тактовой частоты 61 МГц, сигнал индикации захвата ФАПЧ.

В цифровой части ГЛОНАСС/GPS приемника 5 (на чертеже не показано) производится дальнейшая (аппаратная и программная) цифровая обработка сигналов. В состав цифровой части ГЛОНАСС/GPS приемника 5 (на чертеже не показано) входят сверхбольшая интегральная схема

(СБИС) "16-канальный коррелятор", процессор, память (FLASH ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Необходимо отметить, что входящая в состав цифровой части ГЛОНАСС/GPS приемника 5 (на чертеже не показано) СБИС "16-канальный коррелятор" имеет рабочую тактовую частоту 30,5 МГц и содержит 16 корреляционных каналов; сдвоенный приемопередатчик (DUART) типа RS-232 с FIFO объемом 16×8 бит; формирователь секундной метки времени 1PPS; часы реального времени (RTC), а также формирователи сигнала прерывания INT1 и шкалы времени (на чертеже не показаны).

Принятые данные ГЛОНАСС/GPS приемник 5 передает в микроконтроллер 6, который анализирует полученные координаты геодезических пунктов. Микроконтроллер 6 может выполнять операцию по изменению данных на заданную величину среднеквадратичного отклонения координат. Координаты геодезических пунктов передаются в спутниковый модем 4 и далее через разъем подключения антенны 2 передаются на антенну 12, далее данные передаются на спутник связи (на чертеже не показано).

Микроконтроллер 6 имеет возможность шифрования координат геодезических пунктов полученных от ГЛОНАСС/GPS приемника 5.

МНТ 1 имеет возможность подключения различных датчиков и устройств (на чертеже не показано), которые могут быть подключены к портам ввода-вывода 8,9,11.

При наступлении события от датчиков подключенных ко второму порту ввода-вывода 11 (на чертеже не показано), сигнал поступает в преобразователь уровня RS-232 - 7, далее в микроконтроллер 6, где происходит аутентификация (установление подлинности) события и принятие решений на отправку сообщения (на основе алгоритмов записанных в память микроконтроллера 6).

Кроме того, при отправке сообщения от датчиков (на чертеже не показано) могут быть переданы и геодезические данные, которые находятся в памяти микроконтроллера 6 (на чертеже не показано), полученные от ГЛОНАСС/GPS приемника 5. Сообщение может быть отправлено и принято через сервис передачи коротких сообщений SMS. Сообщение поступает в модем 4, далее на разъем 2, и далее на антенну 12 и передается на спутник связи (на чертеже не показано) оператора спутниковой сети.

Первый порт ввода-вывода 9, предназначен для коммутации с источником электропитания и персональным компьютером (на чертеже не показано). Электропитание терминала 1 может осуществляться от батареи электропитания, в качестве которой может выступать аккумуляторная батарея (на чертеже не показано), или внешнего источника, подключенного к порту внешнего электропитания, который находится в первом порту ввода - вывода 9.

Второй порт ввода-вывода 11, предназначен для коммутации с внешними исполнительными устройствами и датчиками (на чертеже не показано). Третий порт ввода-вывода 8, предназначен для программирования микроконтроллера 6 при помощи программатора или компьютера (на чертеже не показано), один выход порта ввода-вывода 8 аналоговый а другой - цифровой.

Преобразователь уровня RS-232 - 7, предназначен для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232.

Напряжение для электропитания терминала 1 подается на стабилизатор электропитания 3,3 вольта 10, через который происходит электропитание всех элементов устройства: преобразователя уровня RS-232 7, микроконтроллера 6, ГЛОНАСС/GPS приемника 5, второй порт ввода-вывода 11. Напряжение для электропитания модема 4 подается от порта ввода-вывода 9.

Наличие в МНТ 1 двухсистемного ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) приемника 5 позволяет одновременно принимать спутниковые навигационные сигналы от двух СНС, тем самым решая задачу полезной модели: повышение достоверности приема спутниковых навигационных данных от двух спутниковых навигационных систем (СНС) ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США).

Впервые в МНТ 1 был использован спутниковый модем 5 для приема и передачи данных по глобальной спутниковой сети ORBCOMM, таким путем решая задачу полезной модели: повышение надежности приемопередачи данных по спутниковым каналам.

В другом частном варианте упомянутый спутниковый модем 4 имеет возможность работать в спутниковой сети ORBCOMM на частотах линия вверх 148.00-150.05 МГц и линия вниз 137.00-138.00 МГц.

Изготовление мобильного терминала связи 1, изображенного на фиг.1, осуществляют из типовых радиоэлектронных компонентов (РЭК).

РЭК могут быть: спутниковый модем 4 типа Q1000 компании QUAKE GLOBAL, совмещенный СНП ГЛОНАСС/GPS приемник 5, например, СНП TFAG50 ФГУП НИИМА "ПРОГРЕСС", микроконтроллер 3, например, MEGA AVR ATMEGA 128L-8AU компании ATMEL, преобразователь уровня RS-232 - 7, например, на основе MAX 3232ESE, стабилизатор электропитания на 3,3 В - 10 - TPS76833QD.

Опытные образцы МНТ изготовлены. На Фиг.2 показана фотография мобильного навигационного терминала.

Испытания показали, что они соответствует тем требованиям, которые предъявляются к спутниковым абонентским радиостанциям и требованиям средств измерений ГЛОНАСС/GPS приемников.

1. Мобильный навигационный терминал, содержащий стабилизатор электропитания на 3,3 В, совмещенный ГЛОНАСС/GPS приемник, выполненный с возможностью одновременной работы с глобальной навигационной спутниковой системой России (ГЛОНАСС) и глобальной системой позиционирования США (Global Positioning System GPS), преобразователь уровня RS-232, предназначенный для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232, микроконтроллер, разъем подключения ГЛОНАСС/GPS антенны, первый порт ввода-вывода, предназначенный для коммутации с источником электропитания и персональным компьютером, второй порт ввода-вывода, предназначенный для коммутации с внешними исполнительными устройствами и датчиками, третий порт ввода-вывода, предназначенный для программирования микроконтроллера, отличающийся тем, что дополнительно содержит спутниковый модем, предназначенный для работы в спутниковой сети, разъем для подключения антенны спутникового модема, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом упомянутого спутникового модема, третий вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом преобразователя уровня RS-232, при этом ГЛОНАСС/GPS приемник первым входом-выходом соединен с первым входом-выходом разъема подключения ГЛОНАСС/GPS антенны, а третьим входом-выходом ГЛОНАСС/GPS приемник соединен с первым входом-выходом микроконтроллера, третий вход-выход которого соединен с первым входом-выходом преобразователя уровня RS-232, третий вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом первого порта ввода-вывода, при этом второй выход стабилизатора электропитания на 3,3 В одновременно соединен со вторым входом ГЛОНАСС/GPS приемника и вторым входом микроконтроллера, и вторым входом преобразователя уровня RS-232, и вторым входом второго порта ввода-вывода, первый вход-выход которого соединен с четвертым входом-выходом микроконтроллера, шестой выход которого подключен к первому входу третьего порта ввода-вывода, второй выход которого предназначен для передачи аналоговых данных и соединен с пятым входом микроконтроллера, третий выход третьего порта ввода-вывода предназначен для передачи цифровых данных и соединен с пятым входом микроконтроллера, при этом первый выход упомянутого первого порта ввода-вывода соединен с первым входом стабилизатора электропитания на 3,3 В и первым входом спутникового модема.

2. Мобильный навигационный терминал по п.1, отличающийся тем, что спутниковый модем имеет возможность работать в спутниковой сети ORBCOMM (ORBITAL COMMUNICATIONS) на частотах линия вверх 148.000-150.000 МГц и линия вниз 137.000-138.000 МГц.