伪卫星系统：增强GPS星座的新兴技术
伪卫星系统是一种无线导航发射设备，不仅可以作为GPS星座的补充，还可以构建独立的导航定位系统。与GPS卫星装备的原子钟不同，伪卫星通常使用精度较低的低端时钟，这可能导致钟漂误差。但为了确保用户接收机的定位和授时精度，伪卫星系统必须保持时间同步。
伪卫星时间同步系统采用了无线双向微波方案，具有组网灵活、可扩展性好和成本低等优势。这种系统利用终端间的相同传播路径特性，结合伪距测量模式，最大限度地消除了由路径不同引起的误差，从而实现了精确的测距与时间同步。
本文所设计的伪卫星网络时频同步系统由一个主站伪卫星和至少四个从站伪卫星构成。每个站都采用了具有自校准功能的伪卫星收发器阵列结构。这些收发器主要由发射机和接收机两部分组成，采用主从模式的自差收发器结构。每个收发器使用一个时钟源，确保发射部分和接收部分的基准时间统一。通过信号分路与合路设计，可以调节发射信号的功率，使接收机同时接收到来自天线端和同源发射端的伪卫星信号，形成一个闭环的信号收发，从而减小收发器系统的测量误差。
伪卫星系统的收发器主要包含射频信号收发单元和中频信号处理单元。射频信号收发单元主要负责发射和接收伪卫星频点的导航信号，并完成中频信号与射频信号的转换。射频上变频模块将发射基带模拟中频信号与本振混频，生成伪卫星射频信号。通过分路器，一路信号经发射天线播发，另一路信号则经功率调节器发送到接收端。射频接收单元下变频模块则将射频信号与本振混频，产生接收端模拟中频信号。
中频信号处理单元以FPGA和DSP为核心基带处理芯片，主要包含发射信号基带处理模块、D/A数模转换模块、接收信号基带处理模块、A/D模数转换模块和时间同步模块。发射信号基带处理模块负责实现伪卫星导航信号的电文编码与信号调制。经过D/A数模转换电路后，产生模拟中频信号。接收信号基带处理模块则接收A/D模数转换电路输出的数字中频信号，实现信号的捕获、跟踪与电文解码，并与上位机界面进行交互。时间同步模块的主要功能是测量与修正从站与主站之间的钟差，并生成同步的时间信号。
在系统的主要硬件电路设计中，首先设计了下变频电路。本系统选用了润芯公司生产的一款高度集成的射频芯片RX3007。这款芯片集成了镜频抑制混频器、带通滤波器、自动增益控制电路、压控振荡器、中频放大器、模数变换器等电路功能。它支持GPS L1/BD2 B1信号双通道同时工作，具有低于2.5 dB的通道噪声系数、110 dB的通道增益，并支持有源和无源天线工作模式。其参考时钟输入范围为10 MHz～40 MHz，可以通过SPI控制接口配置模拟中频或数字中频输出。在本设计中，A/D模数转换使用了该芯片的2 bit模数转换器，对模拟信号进行采样。采样时钟为 16.368 MHz，将频率为4.092 MHz的模拟中频信号量化成数字中频信号，以SIGN、MAG码输出给FPGA基带芯片。下变频模块电路图如图2所示。
另一方面，D/A数模转换电路的设计选用了Analog Devices公司的AD9744低功耗14 bit数模转换器。这款转换器具有210 MSPS的采样时钟输入支持速率。
标签： 伪卫星
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！