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北斗高精度接收机硬件方案设计

更新时间:2009-03-28

北斗卫星导航系统是我国考虑国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施[1]。目前,正在运行的北斗二号系统已免费向亚太地区提供公开服务。随着北斗系统的建设和服务能力的提升,其相关产品已广泛应用于很多行业,并向着更小、更准、更节能的方向发展。

春季栽培,定植后每隔3~4天浇1次水,连浇2~3次;球茎开始膨大时,根据天气情况每隔3~5天浇1次水,小水勤浇,保持土壤湿润、地皮不发白,接近成熟时适度控水,防止球茎开裂。活棵后视田间杂草生长情况中耕2~3次。球茎开始膨大后每公顷追施尿素75公斤,球茎膨大盛期再追施尿素150公斤,施肥后及时浇水。

本研究设计了一种优于传统方案的高精度接收机硬件方案,其摒弃了以FPGA作为基带处理器,而是以DSP或ARM作为导航信息处理器的方法。以双核FPGA为基础架构,将基带处理单元、导航信息处理单元和RTK解算单元集成在一个芯片上,通过与接收机软件联机测试,达到了预期的性能指标。

1 北斗高精度接收机总体方案设计

北斗高精度接收机(以下简称接收机),通过天线接收BDS(BeiDou Navigation Satellite System) B1、B2、B3频点和GPS(Global Positioning System) L1、L2频点的卫星信号,再应用射频模块分别对各个频点进行放大、变频及滤波处理,最终输出数字中频和采样时钟到解调模块。解调模块内置双核ARM处理器的FPGA芯片,包含基带信号处理、导航信息处理及RTK(Real-time kinematic)解算三个单元。基带信号处理单元完成对中频信号的捕获、载波和码相位高精度跟踪[2];导航信息处理单元完成对观测量的提取、导航电文解析和单点位置解算;RTK解算单元使用伪距和载波完成实时载波相位差分运算。最终通过外部接口将位置、速度、时间等信息发送到用户端。硬件设计方案及硬件实物分别如图1、图2所示。

  

图1 硬件设计方案

  

图2 硬件实物

2 射频模块设计

射频模块需要完成对BDS的 B1、B2、B3频点和GPS的L1、L2频点五路信号的下变频,本方案选用MAX2769B芯片。MAX2769B芯片为新一代单芯片全球导航卫星系统(GNSS)接收机射频芯片,用于GPS、GLONASS、伽利略以及北斗导航卫星系统。因为B2、B3、L2频点不在MAX2769B的频率牵入范围,因此这三个频点需要经过混频器后再通过射频芯片进行下变频处理。整个设计方案的频率规划见表1。

 

表1 频率规划 MHz

  

频点射频混频中频B11561.098-1.098B21207.143431.14B31268.523431.52L11575.42-1.42L21227.63432.60

3 解调模块设计

解调模块设计如图3所示。

  

图3 解调模块设计

传统接收机的基带信息处理单元主控芯片一般选用FPGA,导航信息处理单元和RTK处理单元主控芯片一般选用DSP或者双浮点的ARM[3-4]。本次设计解调模块的三个处理单元使用一片内置双核ARM的FPGA作为主控芯片,其为Xilinx公司的ZYNQ-7020芯片。

3.1 基带信息处理单元

基带信息处理单元的信号捕获是在片上的可编程逻辑单元上完成,通过AXI EMC总线与CPU0进行数据交互。接收机基带处理单元的时钟输入为经过射频模块锁相处理的10 M低相噪时钟,可编程逻辑单元内部锁相环可将10 M时钟分别进行倍频、分频处理[5-8],以满足AD采样及各个子单元对时钟的需求。

3.2 导航信息处理单元

参考文献

3.3 RTK解算单元

使用测试车辆进行动态跑车试验,试验环境如图5所示。将Novatel DL V3基准站天线放置在标准点,接收天线架于测试车顶通过功分器输出两路信号,一路接被测接收机,另外一路接Novatel DL V3流动站。跑车路线为北京市北清路西段及周边路段。定位精度评估时以Novatel DL V3载波相位差分的定位结果为基准。

全世界都在关注种子,种质资源,事关国家生态安全,事关人类未来。作为物种遗传信息的一种载体,种质资源几乎是所有重大研究成果的基础,也是未来科技较量的必争之地。

4 实验测试与验证

为验证本方案的可行性及软硬件设计的正确性,需要对接收机的观测量、静态定位、动态定位进行性能测试[9]

4.1 观测量精度测试

统计一天当中5个时段的动态定位结果,水平定位精度优于3 cm,高程定位精度优于4 cm。动态跑车、接收机在运动过程中会受到建筑物、树木遮挡等影响,导致被测机与参考机相对定位精度比静态测量时偏差大,但接收机仍能满足厘米级定位精度。动态定位精度见表3。

  

图4 观测量精度

4.2 静态短基线测试

在由北京测绘局标定的3个标准点上进行试验,基线长度为10 m,每隔30 min启动一次测量(第3 min上电,27 min后测试设备断电),人工记录每次上电27 min定位结果、PDOP值和有效标志等。

[4] 黄芳.基于DSP+FPGA系统的北斗接收机信号处理板的设计[J].信息通信,2015(7):62-62.

表2 静态定位精度

  

测量次数水平定位精度(1σ)/m高程定位精度(1σ)/m水平精度因子高程精度因子10.01340.01741.052.1020.01210.01850.981.7630.08920.01770.901.6540.01870.02191.212.0050.01440.01351.081.6860.01290.01730.951.7570.00830.01510.891.6780.00760.01340.901.6290.01370.02141.022.12100.01560.01961.081.95

4.3 动态长基线测试

RTK解算单元在片上的内核CPU1上运行,通过AMP模式与CPU0交互。运行主频最高可达到866 MHz,并且支持双浮点运算。完全可以满足实时载波相位差分大数据量运算的需求,经实测,主频360 MHz即可达到10 Hz的解算速度。

  

图5 试验环境

观测量精度如图4所示,接收机的载波测量精度优于2 cm,满足载波相位差分的需求。

表3 动态定位精度

  

测量次数水平定位精度(1σ)/m高程定位精度(1σ)/m固定解成功率/%10.01190.021699.220.02010.032597.630.01760.028799.940.01880.031910050.01560.018998.8

试验表明,开发的北斗高精度接收机硬件不但可以完成对卫星信号的捕捉、跟踪,还可以提供高质量的载波观测量,实时载波相位差分别达到了水平3 cm、高程4 cm的定位精度。

5 小结

本设计提出了采用单一通用芯片作为基带、导航和RTK处理器的北斗高精度接收机方案,并完成了硬件设计、制作,以及测试软件的开发。试验结果表明,本设计方案可以满足载波相位差分的定位精度,能够达到预期的设计指标,在林区规划、巡护、资源调查、火灾监测等方面具有广阔的应用前景。

导航信息处理单元在片上的内核CPU0上运行,由外部40 M时钟驱动,通过AXI EMC总线与可编程逻辑单元交互,外接高速的DDR3,通过AMP模式与CPU1进行交互。具有丰富的外部接口,包括2个UART、1个CAN、1个SPI、1个I2C等,并且有大量的IO可供使用,使用时可任意配置成上述接口。

方差分析结果表明,种实采后处理方法对出苗率影响差异极显著(FA=264.16>F0.01(2,2)=99.0),播种时间、播种方式对出苗率影响差异不显著(FB=7.87、FC=4.77,均小于F0.05(2,2)=19.0),各因素对粗糠树出苗率影响的顺序依次为种实采后处理>播种时间>播种方式。结合多重比较结果(表3)可以看出,粗糠树的播种育苗可以选择混沙沤制的种实和剥除果皮的种子,由于手工剥果皮的过程较为麻烦,可以采集果实后混沙沤制以减少工作量。2月15日在露地苗床播种出苗率高。

[1] 北斗卫星导航系统介绍[EB/OL].2017-03-16.http://www.beidou.gov.cn/.

两组患者均严格控制饮食,合理运动。对照组给予二甲双胍治疗。用药方法:每天3次,每次0.5g,餐前服用。观察组患者给予瑞格列奈联合二甲双胍治疗。用药方法:二甲双胍同对照组。瑞格列奈:餐前30min服用,起始量每次0.5mg,最大量每次2mg,每天2次,根据患者血糖水平调整。两组均连续治疗3个月。

[2] Ganguly S.Real-time dual frequency software receiver[C].Position Location and Navigation Symposium.IEEE,2003:366-374.

[3] 魏秀启,郑维广,隋绍勇.北斗导航定位接收机的原理及硬件实现[J].电子元器件应用,2009(4):37-39.

然而,城市文化既具体开放包容的一面,也存在冷酷无情的面孔。现代城市作为以工商业为基础的消费社会,人口集中、资源紧张,处处充满社会竞争和利益争夺,解决现实生存问题成为燃眉之急。人海茫茫的城市大世界,还是一个层级社会,情感疏离、缺乏归属感也是城市人群普遍面临的困境,冷漠、势利、诡诈构成了百味人生。城市谋生的忙碌与艰辛、欺诈与残酷,对鲁迅产生了深刻的影响,使鲁迅切身体验了生活之艰,形成了“饭碗”意识,把生存视为生命线。

统计了10次测量的水平和高程定位精度,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于3 cm。静态定位精度见表2。

[5] 戴志军,柳林涛,许厚泽,等.GPS软件接收机捕获算法的研究[J].大地测量与地球动力学,2006,26(3):106-110.

[6] Akopian D.Fast FFT based GPS satellite acquisition methods[J].Radar,Sonar and Navigation,IEEE Proceedings,2005,152(4):277-286.

[7] 李成豪,梁超,赵燕东,等.森林消防车微环境实时监测系统设计与开发[J].林业机械与木工设备,2018,46(3):10-14.

[8] 贾鹤鸣,杨泽文,宋文龙.基于中心差分卡尔曼滤波的初始对准方法研究[J].森林工程,2016,32(6):66-70+76.

应用研究成果表现为建立拥有自主知识产权的PKPM系列绿色建筑规划设计软件集成系统:包括场地优化设计软件、居住区规划软件、日照设计软件、园林设计软件、能耗计算软件、节能设计软件、能效测评软件、自然采光软件、室内自然通风设计计算软件和绿色建筑评价软件,如图2~图11所示。

[9] 吴泽民,边少锋,向才炳,等.三种GNSS模糊度解算方法成功率比较[J].海洋测绘,2014,34(6):25-28.

原发性输卵管癌是一种少见的妇科恶性肿瘤,最常见的输卵管癌是输卵管腺癌,而原发性输卵管癌肉瘤是十分罕见的,约占妇科恶性肿瘤的0.1%~0.5%[1]。癌肉瘤即一种恶性苗勒管混合肿瘤,是由恶性上皮成分(癌)和恶性间叶成分组成的恶性肿瘤。输卵管是癌肉瘤最不易发生的部位,因其少见性、临床表现不典型,故临床诊断困难,由于其恶性程度高、转移迅速故预后不佳。现就其病因、临床表现、诊断、鉴别诊断、治疗及预后等相关方面做一阐述。

图1所示的BMD也可以看作是依据矩对函数f=x1x2⊕x2x3进行的线性分解[12],结点的实线边表示函数f随该变量线性变化的部分,而虚线边则表示函数f不依赖于该变量的部分.

 
杨建华,王耀,蔡亮,谢碧云
《林业机械与木工设备》2018年第05期文献

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