Программно-аппаратный глонасс/gps приемник
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для приема навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS. Технический результат заключается в возможности одновременного приема сигналов ГЛОНАСС, GPS и датчиков инерциальной системы с обработкой принятых сигналов на компьютере, что позволяет повысить точность навигации и снизить стоимость устройства. Устройство также способно принимать сигналы спутниковой навигационной системы GALILEO, передаваемые на частоте GPS. Устройство содержит антенный разъем, малошумящий усилитель, ГЛОНАСС и GPS радиочастотные модули, схему исключающего ИЛИ для проверки синхронизации радиочастотных модулей, генератор опорного колебания радиочастотных модулей, микроконтроллер, обеспечивающий управление радиочастотными модулями и датчиками инерциальной системы, принимающий оцифрованные отсчеты входного сигнала и информацию с датчиков и передающий их по интерфейсу USB 2.0 через выходной разъем на компьютер, генератор опорного колебания микроконтроллера, флэш-ПЗУ для хранения программы микроконтроллера.
Область техники, к которой относится полезная модель
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для приема навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS.
Уровень техники
Известно устройство (Universal GPS Receiver Lets You Use a Laptop PC for Soft Baseband Processinf- MAXIM Engineering journal, volume Sixty-Three, Microwaves & RF, December 2006, WO 2005/045458 A1 GPS RECEIVER AND RELATED METHOD AND APPARATUS), представляющее собой программно-аппаратный GPS приемник, содержащий антенный разъем, соединенный с малошумящим усилителем, к выходу которого подключен GPS радиочастотный модуль, включающий в себя опорный генератор частот, квадратурный смеситель, усилитель с переменным коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь, выход которого представляет собой поток оцифрованных отсчетов и который соединен параллельным интерфейсом с микроконтроллером, поддерживающим интерфейс USB 2.0, присоединенным к выходному разъему и предполагающий последующую обработку оцифрованных отсчетов на компьютере. Достоинством данного решения является его малая стоимость, так как приемник содержит только радиоприемный тракт, а вся обработка сигналов осуществляется универсальным компьютером, что позволяет отказаться от использования процессора в составе приемника. Однако в полной мере достоинством указанного решения не удается воспользоваться из-за присущего ему недостатка, заключающемуся в том, что в условиях ограниченной видимости спутников («городской каньон» и другие аналогичные условия) использование только одной спутниковой навигационной системы GPS не позволяет получить решение навигационной задачи с достаточной точностью и надежностью.
Раскрытие полезной модели
Предлагаемым изобретением решаются задачи расширения функциональности и повышения точности навигации путем добавления возможности приема навигационных сигналов ГЛОНАСС и передачи оцифрованного сигнала этой системы во внешний компьютер синхронно с оцифрованным сигналом GPS.
Для достижения этого технического результата в устройство добавлены делитель мощности входного сигнала, второй радиочастотный модуль для приема навигационных сигналов ГЛОНАСС. При этом вход делителя мощности соединен с выходом малошумящего усилителя, а его два выхода с входами радиочастотных модулей соответственно. Радиочастотный модуль выполняет преобразование входного сигнала в квадратурный сигнал путем его умножения на синусную и косинусную составляющие опорного генератора, фильтрацию квадратурного сигнала. Значения частот опорных генераторов соответствуют значениям несущих, значения полос пропускания фильтров -
значениям полос навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS соответственно, при этом значения полос пропускания фильтров могут меняться в процессе работы. Радиочастотный модуль GPS также способен обеспечить прием сигналов спутниковой навигационной системы GALILEO, передаваемых на той же частоте. Для формирования требуемых значений несущих используется отдельный генератор опорных колебаний радиочастотных модулей с частотой, существенно меньшей 24 МГц, используемой для работы USB. Выходы полосовых фильтров соединены с входами усилителей с переменным коэффициентом усиления. Выходы данных усилителей соединены с входами аналого-цифровых преобразователей.
Квадратурные составляющие сигнала усиливаются при помощи усилителей с переменным коэффициентом усиления до уровня, необходимого для работы аналого-цифровых преобразователей и подаются на их вход. Данные преобразователи преобразуют квадратурные составляющие сигнала в поток оцифрованных отсчетов разрядностью два бита по каждой составляющей. Таким образом, разрядность потока оцифрованных отсчетов каждого радиочастотного модуля составляет 4 бита, а суммарная разрядность потока оцифрованных отсчетов обоих радиочастотных модулей составляет 8 бит. Частота оцифровки потока отсчетов также формируется генератором опорных колебаний радиочастотных модулей. При этом частота оцифровки потока отсчетов может равняться частоте генератора опорных колебаний радиочастотных модулей или быть в два раза ниже ее, что определяется возможностями делителя, встроенного внутрь радиочастотного модуля, физической пропускной способностью соединения через интерфейс USB и вычислительными способностями процессора, обрабатывающего полученные отсчеты. В предлагаемом устройстве предусмотрена возможность установки значения частоты оцифровки потока отсчетов 16.368 или 8.184 МГц и ее переключения в процессе работы. Данный поток при помощи параллельного интерфейса поступает на вход микроконтроллера. Туда же передаются тактовые импульсы с выхода одного из радиочастотных модулей.
Для осуществления контроля синхронности тактовых импульсов с обоих радиочастотных модулей в устройство добавлена схема исключающего ИЛИ, проверяющая их синхронность. Контроль синхронности необходим в том случае, когда частота генератора опорных колебаний радиочастотных модулей равна 16.368 МГц, а частота оцифровки потока отсчетов при помощи встроенных делителей преобразована в 8.184 МГц. В этом случае возможна несинхронность выходных тактовых импульсов. При возникновении подобной ситуации она может быть обнаружена и устройство пересинхронизировано.
В устройство также добавлены датчики инерциальной системы, выполненной на интегральных акселерометрах и гироскопах, которые опрашиваются микроконтроллером. Микроконтроллер при помощи содержащегося в нем интерфейса USB 2.0 передает данные на внешний компьютер. Дополнительно микроконтроллер осуществляет управление радиочастотными модулями: выполняет их инициализацию, регулирует полосу пропускания фильтров, коэффициенты усиления усилителей, частоту оцифровки потока отсчетов. Программа для микроконтроллера загружается из флэш-ПЗУ, либо может быть загружена с компьютера.
При этом флэш-ПЗУ и датчики инерциальной системы подключаются к микроконтроллеру параллельно по интерфейсу I2С.
Краткое описание чертежа
На чертеже приведена схема предлагаемой полезной модели. Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник содержит антенный разъем 1, малошумящий усилитель 2, делитель мощности входного сигнала 3, генератор опорного колебания радиочастотных модулей 4, радиочастотный модули GPS 5 и ГЛОНАСС 6, схему исключающего ИЛИ 7,
микроконтроллер с интерфейсом USB 2.0 8, датчики инерциальной системы 9, генератор опорного колебания микроконтроллера 10, флэш-ПЗУ 11.
Осуществление полезной модели
Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник работает следующим образом.
Входные навигационные сигналы через антенный разъем поступает на малошумящий усилитель, где подвергается усилению, затем поступает на делитель мощности входного сигнала, где разделяется на два сигнала, один из которых поступает на вход радиочастотного модуля GPS, а другой на вход радиочастотного модуля ГЛОНАСС. В указанных модулях осуществляется формирование квадратурного сигнала путем умножения входного сигнала радиочастотного модуля на синусную и косинусную компоненты сигнала опорного генератора. Квадратурный сигнал фильтруется фильтром и усиливается усилителем с переменным коэффициентом усиления до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя. Усиленный сигнал подается на вход двухканального аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого получаются два потока оцифрованных отсчетов, соответствующих составляющим квадратурного сигнала. Разрядность каждой составляющей - 2 бита. Таким образом, разрядность выходных данных каждого радиочастотного модуля составляет 4 бита, а двух радиочастотных модулей 8 бит. Выходные данные двух радиочастотных модулей по общей параллельной шине передаются в микроконтроллер. Схема исключающего ИЛИ проверяет синхронность тактовых импульсов от обоих радиочастотных модулей. Также в микроконтроллер по интерфейсу I2С передаются данные с датчиков инерциальной системы, выполненной на интегральных акселерометрах и гироскопах. Микроконтроллер все полученные данные при помощи входящего в его состав интерфейса USB 2.0 передает на компьютер для последующей обработки оцифрованного сигнала и расчета позиции пользователя. Начальная загрузка микроконтроллера осуществляется из флэш-ПЗУ по тому же интерфейсу I2С, по которому к микроконтроллеру подключены датчики инерциальной системы, либо непосредственно с компьютера.
1. Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник, содержащий антенный разъем, соединенный с малошумящим усилителем, GPS радиочастотный модуль, включающий в себя опорный генератор частот, квадратурный смеситель, усилитель с переменным коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь, выход которого представляет собой поток оцифрованных отсчетов и который соединен параллельным интерфейсом с микроконтроллером, поддерживающим интерфейс USB 2.0, присоединенным к выходному разъему и предполагающий последующую обработку оцифрованных отсчетов на компьютере, а выходные тактовые импульсы GPS радиочастотного модуля, стробирующие момент съема 8-битных данных по параллельному интерфейсу, соединены с микроконтроллером, содержащий генератор опорного колебания микроконтроллера, соединенный с микроконтроллером, содержащий флэш-ПЗУ, соединенное с микроконтроллером и используемое для начальной загрузки программы в микроконтроллер, отличающийся тем, что добавлены делитель мощности входного сигнала, ГЛОНАСС радиочастотный модуль, аналогичный GPS радиочастотному модулю, но настроенный на прием ГЛОНАСС сигнала, при этом вход делителя мощности соединен с выходом малошумящего усилителя, первый выход делителя мощности соединен со входом радиочастотного модуля GPS, а второй выход делителя мощности со входом радиочастотного модуля ГЛОНАСС, при этом ГЛОНАСС радиочастотный модуль соединен параллельным интерфейсом с микроконтроллером, тем, что каждый из радиочастотных модулей формирует на выходе оцифрованные отсчеты в виде синфазной и квадратурной составляющих, разрядностью два бита каждая, образуя 8-битный пакет, тем, что этот пакет из 8 бит поступает по параллельному интерфейсу на вход микроконтроллера, тем что микроконтроллер соединен с радиочастотными модулями линиями входных тактовых импульсов, выбора модуля и последовательных данных, используемых для управления радиочастотными модулями, тем что микроконтроллер может управлять радиочастотными модулями и менять конфигурацию радиочастотных модулей, в том числе частоту оцифровки входного сигнала, тем что выходные тактовые импульсы радиочастотного модуля ГЛОНАСС не участвуют в стробировании 8-битного параллельного интерфейса, однако оба выхода радиочастотных модулей, формирующие выходные тактовые импульсы, соединены со схемой исключающего ИЛИ, выход которой соединен с микроконтроллером, при этом осуществляется дополнительный контроль синхронности тактовых импульсов с радиочастотных модулей через схему исключающего ИЛИ, тем что добавлен генератор опорного колебания радиочастотных модулей, соединенный с радиочастотными модулями, тем, что радиочастотные модули и микроконтроллер тактируются разными тактовыми генераторами, тем что микроконтроллер выбирает частоту оцифровки радиосигнала в соответствии с пропускной способностью USB и вычислительными возможностями компьютера.
2. Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник по п.1, отличающийся тем, что в качестве интерфейса между приемником и компьютером вместо USB используется интерфейс на базе шины PCI.
3. Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник по п.1, отличающийся тем, что добавлены датчики инерциальной системы, выполненной на интегральных акселерометрах, которые соединены с микроконтроллером паралелльно с флэш-ПЗУ по интерфейсу I2С и которые опрашиваются микроконтроллером, и тем, что информация с инерциальных датчиков передается на компьютер.
4. Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник по п.3, отличающийся тем, что для реализации инерциальной системы помимо акселерометров добавлены интегральные гироскопы, которые соединены с микроконтроллером паралелльно с флэш-ПЗУ и интегральным акселерометром по интерфейсу I2С и которые опрашиваются микроконтроллером, и тем, что информация с интегральных гироскопов передается на компьютер.
5. Программно-аппаратный ГЛОНАСС/GPS приемник по п.1, отличающийся тем, что канал GPS одновременно используется для приема сигналов спутниковой навигационной системы GALILEO, передаваемых на той же частоте.
