一种接收北斗一代信号及北斗二代信号的收发电路系统及其工作方法

摘要

本发明涉及一种接收北斗一代信号及北斗二代信号的收发电路系统，包括接收电路、数据处理与系统控制电路及发送电路，收发电路系统还包括一个小数频综PLL，小数频综PLL包括首尾环形连接的鉴相器PFD、电荷泵CHP、带通滤波器BPF、压控振荡器VCO、分频器，还包括电容阵列Cap-Bank及Sigma-Delta调制器，本发明只采用一个所述小数频综PLL，节约集成电路芯片面积，降低系统功耗；本发明接收所述北斗一代信号及所述北斗二代信号时共用一个接收电路，具有成本节约，功耗低，使用效率高的优点；本发明将北斗一代短报文收发与北斗二代的高精度定位相结合，有利于市场推广。

说明书

技术领域

本发明涉及一种接收北斗一代信号及北斗二代信号的收发电路系统及其工作方法，属于通信领域或卫星导航领域。

背景技术

北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。目的是为了建设独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。目前北斗已经研制建设了两代导航系统，包括北斗一代导航系统和北斗二代导航系统。

北斗一代导航系统就是中国于2003年建成的北斗导航试验系统。该系统由3颗地球同步静止轨道卫星和地面系统组成，投资少、见效快，具有开机定位快速、支持位置报告和信息交换等特点，北斗一代导航系统将导航与通信紧密结合，这是世界上其他的全球卫星导航系统所没有的特殊优势，它可以将用户的位置信息发送出去，使用户想告知的其他人获知用户的情况。但是北斗一代导航系统采用的是主动式定位原理，即用户向卫星发射应答信号，用户位置的计算由地面中心站完成，然后再通过卫星发送给用户。北斗一代导航系统要求至少能观测到2颗地球同步轨道卫星，且用户高程信息已知，即使如此定位精度仍然不高，再加上系统用户数有限，这样使得北斗一代导航系统的应用受到了很大的限制。

而北斗二代导航系统则采用类似美国GPS的被动式定位原理，用户只要能接收到4颗卫星即可进行自主定位，系统用户数量无限。中国的北斗二代卫星导航系统(BDS)于2012年12月开始服务于亚太区(共由16颗卫星组成)，预计于约2020年覆盖全球。北斗卫星导航系统未来向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。目前，北斗二代卫星导航系统已经开始由政府主导推广，将来必然会在卫星导航领域占有重要地位。

就目前看来，北斗导航接收机大多都是独立的北斗一代或二代导航系统，或者在一个接收端内有两套接收电路独立工作，这样耗费了电路设计资源，并且没有能够较好的利用北斗导航卫星系统的特有优势。因此，市场需求一种能够结合两代导航系统优势的接收端电路，能使客户机具有更完善的功能和更高的定位精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种接收北斗一代信号及北斗二代信号的收发电路系统；

本发明还公开了上述收发电路系统的工作方法；

本发明的技术方案为：

一种接收北斗一代信号及北斗二代信号的收发电路系统，包括接收电路、数据处理与系统控制电路及发送电路，所述接收电路通过所述数据处理与系统控制电路连接所述发送电路，所述接收电路包括依次连接的低噪声放大滤波电路、混频器一、中频放大滤波电路、自动增益控制器及A/D模数转换电路；所述发送电路包括依次连接的D/A数模转换模块、滤波电路、混频器二及增益控制与功率放大器，所述收发电路系统还包括为所述混频器一、所述混频器二提供本地振荡频率的小数频综PLL，所述小数频综PLL包括鉴相器PFD、电荷泵CHP、带通滤波器BPF、压控振荡器VCO、分频器、Sigma-Delta调制器、电容阵列Cap-Bank，所述鉴相器PFD、所述电荷泵CHP、所述带通滤波器BPF、所述压控振荡器VCO及所述分频器首尾环形连接，所述电容阵列Cap-Bank连接所述压控振荡器VCO，所述Sigma-Delta调制器连接所述分频器。

根据本发明优选的，所述数据处理与系统控制电路用于处理数字中频信号和系统参数与状态控制，所述数据处理与系统控制电路包括数据处理电路和系统控制电路，所述数据处理电路负责数字中频信号的调制与解调，所述系统控制电路通过改变所述收发电路系统中各个模块的参数设置，完成不同情况下所需的工作；所述低噪声放大滤波电路对北斗一代信号、北斗二代信号进行放大滤波；所述混频器一用于将所述北斗一代信号与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₀进行混频或者将所述北斗二代信号与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₁进行混频，并产生中频信号；所述中频放大滤波电路用于对所述中频信号进行中频放大；所述自动增益控制器用于对中频放大后的所述中频信号进行增益控制，得到振幅稳定的信号；所述A/D模数转换电路用于对所述振幅稳定的信号模数采样，得到数字中频信号；所述小数频综PLL用于产生与放大滤波后的北斗一代信号进行混频的本地振荡频率f₀、与放大滤波后的北斗二代信号进行混频的本地振荡频率f₁、与滤波后的模拟中频信号进行混频的本地振荡频率f₂；所述D/A数模转换电路将所述数字中频信号转换为模拟中频信号；所述滤波电路对得到的模拟中频信号滤波；所述混频器二将所述滤波后的模拟中频信号与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₂混频，得到所需发送的载频信号；所述增益控制与功率放大器对所述所需发送的载频信号进行增益控制和功率放大处理，其中，所述北斗一代信号为北斗一代导航卫星短报文信息，所述北斗二代信号为北斗二代导航卫星的定位信息，所述f₀＝2479.51MHz，所述f₁＝1565.19MHz，所述f₂＝1615.68MHz。

所述混频器一和所述混频器二所需的本地振荡频率由一个小数频综PLL实现，在接收北斗一代信号时，所述小数频综PLL提供接收电路所需的本地振荡频率f₀＝2479.51MHz；在接收北斗二代信号时，所述小数频综PLL提供接收电路所需的本地振荡频率f₁＝1565.19MHz；当需要发送信息时，所述小数频综PLL提供发送电路所需的本地振荡频率f₂＝1615.68MHz；由于北斗导航卫星系统的功能，在接收卫星信号时中断20-30秒内不会丢失卫星信息，使得这种信息发送方式可行。

所述电容阵列Cap-Bank连接所述压控振荡器VCO，使得所述压控振荡器VCO的输出频率从一个频率跳变到另一个频率，从而将本地振荡所需频率f₀,f₁,f₂包含进来。

所述Sigma-Delta调制器用于处理小数分频的杂散问题，有效减低了输出波形的相位噪声。

上述收发电路系统的工作方法，具体步骤包括：

A、接收电路接收北斗一代信号、北斗二代信号，具体步骤包括：

(1)天线接收北斗一代信号、北斗二代信号，所述北斗一代信号、所述北斗二代信号分别通过所述低噪声放大滤波电路放大滤波；

(2)当所述小数频综PLL的本地振荡频率默认调在f₀时，即接收端互通模式，接收的放大滤波后的北斗一代信号进入步骤(3)，完成步骤(3)后，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整到f₁，接收的放大滤波后的北斗二代信号进入步骤(4)，完成步骤(4)后，如果需要发送北斗一代导航卫星短报文信息，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整到f₂给发送电路的混频器二，进入步骤B，完成步骤B后，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整回f₀，如果不需发送北斗一代导航卫星短报文信息，所述小数频综PLL直接将本地振荡频率调整回f₀；

当所述小数频综PLL的本地振荡频率默认调在f₁时，即导航定位模式，接收的放大滤波后的北斗二代信号进入步骤(4)，完成步骤(4)后，当需要发送手动编辑的短报文信息或北斗二代导航卫星的定位信息时，小数频综PLL将本地振荡频率调整到f₂，进入步骤B，完成步骤B后，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整回f₁；

(3)放大滤波后的北斗一代信号通过混频器一与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₀进行混频，混频产生f_IF0＝|f_a-f₀|的中频信号，所述f_IF0的中频信号依次通过所述中频放大滤波电路滤波得到所需的中频信号并对所述所需的中频信号进行中频放大，通过所述自动增益控制器得到振幅稳定的信号，再通过对应采样时钟的所述A/D模数转换电路模数采样，得到数字中频信号，所述数字中频信号通过所述数据处理与系统控制电路进行数字信号处理，解调所述数字中频信号，得到北斗一代导航卫星短报文信息；其中，所述f_a为北斗一代导航卫星短报文接收的中心频率，f_a＝2491.75MHz，f_IF0＝12.24MHz，其中f_IF0对应采样时钟频率为48.96MHz；

(4)放大滤波后的北斗二代信号通过混频器一与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₁进行混频，混频产生f_IF1＝|f_b-f₁|的中频信号，所述f_IF1的中频信号依次通过所述中频放大滤波电路滤波得到所需的中频信号并对所述所需的中频信号进行中频放大，通过所述自动增益控制器得到振幅稳定的信号，再通过对应采样时钟的所述A/D模数转换电路模数采样，得到数字中频信号，所述数字中频信号通过所述数据处理与系统控制电路进行数字信号处理，解调所述数字中频信号，得到北斗二代导航卫星的定位信息；其中，所述f_b为北斗一代导航卫星短报文接收的中心频率，f_b＝1561.098MHz，f_IF1＝4.092MHz，f_IF1对应采样时钟频率为16.368MHz；

B、发送电路发送信息至北斗一代导航卫星，所述信息包括北斗一代导航卫星短报文信息、手动编辑的短报文信息或北斗二代导航卫星的定位信息，具体步骤包括：

a、所述信息通过所述数据处理与系统控制电路处理得到数字中频信号；

b、步骤a得到的数字中频信号通过所述D/A数模转换电路转换为模拟中频信号；

c、步骤b得到的模拟中频信号通过所述滤波电路滤波，并通过所述混频器二与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₂混频，得到所需发送的载频信号，其中，所述北斗一代导航卫星发送的中心频率为1615.68MHz；

d、步骤c得到的载频信号通过所述增益控制与功率放大器进行增益控制和功率放大处理，并通过天线发出，送至北斗一代导航卫星。

发送北斗二代导航卫星的定位信息出于求救的目的。

所述接收端互通模式以收信息-定位-发信息的方式工作，主要用于个体获取获知整个集体的位置信息，便于集中指挥操作。

所述导航定位模式用于各个独立接收端的自身定位和导航，实现导航卫星接收芯片的一般功能的同时发送信息到所需处。

本发明的有益效果为：

1、本发明将北斗一代导航系统的短报文收发与北斗二代导航系统的卫星定位相结合，具有良好定位效果，克服了北斗一代导航卫星定位不准确的问题，发挥了短报文通信的优势，有利于在当下向市场推广；

2、本发明所述收发电路系统只采用一个所述小数频综PLL，利用北斗导航卫星系统的特性，即接收信号发生中断在一定时间内不会丢失卫星信息，所述小数频综PLL利用这段时间用于发送短报文时提供本地载频到f₂，节约集成电路芯片面积，降低系统功耗；

3、本发明接收所述北斗一代信号及所述北斗二代信号时共用一个接收电路，通过混频器分开得到各自中频信号，与采用独立电路实现接收所述北斗一代信号或所述北斗二代信号相比，在牺牲部分抗串扰噪声性能的条件下具有成本节约，功耗低，使用效率高的优点。

附图说明：

图1是本发明所述收发电路系统的原理框图；

图2是本发明所述小数频综PLL的电路图。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种接收北斗一代信号及北斗二代信号的收发电路系统，包括接收电路、数据处理与系统控制电路及发送电路，所述接收电路通过所述数据处理与系统控制电路连接所述发送电路，所述接收电路包括依次连接的低噪声放大滤波电路、混频器一、中频放大滤波电路、自动增益控制器及A/D模数转换电路；所述发送电路包括依次连接的D/A数模转换模块、滤波电路、混频器二及增益控制与功率放大器，所述收发电路系统还包括为所述混频器一、所述混频器二提供本地振荡频率的小数频综PLL，所述小数频综PLL包括鉴相器PFD、电荷泵CHP、带通滤波器BPF、压控振荡器VCO、分频器、Sigma-Delta调制器、电容阵列Cap-Bank，所述鉴相器PFD、所述电荷泵CHP、所述带通滤波器BPF、所述压控振荡器VCO及所述分频器首尾环形连接，所述电容阵列Cap-Bank连接所述压控振荡器VCO，所述Sigma-Delta调制器连接所述分频器。

所述数据处理与系统控制电路用于处理数字中频信号和系统参数与状态控制，所述数据处理与系统控制电路包括数据处理电路和系统控制电路，所述数据处理电路负责数字中频信号的调制与解调，所述系统控制电路通过改变所述收发电路系统中各个模块的参数设置，完成不同情况下所需的工作；所述低噪声放大滤波电路对北斗一代信号、北斗二代信号进行放大滤波；所述混频器一用于将所述北斗一代信号与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₀进行混频或者将所述北斗二代信号与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₁进行混频，并产生中频信号；所述中频放大滤波电路用于对所述中频信号进行中频放大；所述自动增益控制器用于对中频放大后的所述中频信号进行增益控制，得到振幅稳定的信号；所述A/D模数转换电路用于对所述振幅稳定的信号模数采样，得到数字中频信号；所述小数频综PLL用于产生与放大滤波后的北斗一代信号进行混频的本地振荡频率f₀、与放大滤波后的北斗二代信号进行混频的本地振荡频率f₁、与滤波后的模拟中频信号进行混频的本地振荡频率f₂；所述D/A数模转换电路将所述数字中频信号转换为模拟中频信号；所述滤波电路对得到的模拟中频信号滤波；所述混频器二将所述滤波后的模拟中频信号与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₂混频，得到所需发送的载频信号；所述增益控制与功率放大器对所述所需发送的载频信号进行增益控制和功率放大处理，其中，所述北斗一代信号为北斗一代导航卫星短报文信息，所述北斗二代信号为北斗二代导航卫星的定位信息，所述f₀＝2479.51MHz，所述f₁＝1565.19MHz，所述f₂＝1615.68MHz。

所述混频器一和所述混频器二所需的本地振荡频率由一个小数频综PLL实现，在接收北斗一代信号时，所述小数频综PLL提供接收电路所需的本地振荡频率f₀＝2479.51MHz；在接收北斗二代信号时，所述小数频综PLL提供接收电路所需的本地振荡频率f₁＝1565.19MHz；当需要发送信息时，所述小数频综PLL提供发送电路所需的本地振荡频率f₂＝1615.68MHz；由于北斗导航卫星系统的功能，在接收卫星信号时中断20-30秒内不会丢失卫星信息，使得这种信息发送方式可行。

所述电容阵列Cap-Bank连接所述压控振荡器VCO，使得所述压控振荡器VCO的输出频率从一个频率跳变到另一个频率，从而将本地振荡所需频率f₀,f₁,f₂包含进来。

所述Sigma-Delta调制器用于处理小数分频的杂散问题，有效减低了输出波形的相位噪声。

实施例2

根据实施例1所述的收发电路系统的工作方法，具体步骤包括：

A、接收电路接收北斗一代信号、北斗二代信号，具体步骤包括：

(1)天线接收北斗一代信号、北斗二代信号，所述北斗一代信号、所述北斗二代信号分别通过所述低噪声放大滤波电路放大滤波；

(2)当所述小数频综PLL的本地振荡频率默认调在f₀时，即接收端互通模式，接收的放大滤波后的北斗一代信号进入步骤(3)，完成步骤(3)后，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整到f₁，接收的放大滤波后的北斗二代信号进入步骤(4)，完成步骤(4)后，如果需要发送北斗一代导航卫星短报文信息，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整到f₂给发送电路的混频器二，进入步骤B，完成步骤B后，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整回f₀，如果不需发送北斗一代导航卫星短报文信息，所述小数频综PLL直接将本地振荡频率调整回f₀；

当所述小数频综PLL的本地振荡频率默认调在f₁时，即导航定位模式，接收的放大滤波后的北斗二代信号进入步骤(4)，完成步骤(4)后，当需要发送手动编辑的短报文信息或北斗二代导航卫星的定位信息时，小数频综PLL将本地振荡频率调整到f₂，进入步骤B，完成步骤B后，所述小数频综PLL将本地振荡频率调整回f₁；

(3)放大滤波后的北斗一代信号通过混频器一与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₀进行混频，混频产生f_IF0＝|f_a-f₀|的中频信号，所述f_IF0的中频信号依次通过所述中频放大滤波电路滤波得到所需的中频信号并对所述所需的中频信号进行中频放大，通过所述自动增益控制器得到振幅稳定的信号，再通过对应采样时钟的所述A/D模数转换电路模数采样，得到数字中频信号，所述数字中频信号通过所述数据处理与系统控制电路进行数字信号处理，解调所述数字中频信号，得到北斗一代导航卫星短报文信息；其中，所述f_a为北斗一代导航卫星短报文接收的中心频率，f_a＝2491.75MHz，f_IF0＝12.24MHz，其中f_IF0对应采样时钟频率为48.96MHz；

(4)放大滤波后的北斗二代信号通过混频器一与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₁进行混频，混频产生f_IF1＝|f_b-f₁|的中频信号，所述f_IF1的中频信号依次通过所述中频放大滤波电路滤波得到所需的中频信号并对所述所需的中频信号进行中频放大，通过所述自动增益控制器得到振幅稳定的信号，再通过对应采样时钟的所述A/D模数转换电路模数采样，得到数字中频信号，所述数字中频信号通过所述数据处理与系统控制电路进行数字信号处理，解调所述数字中频信号，得到北斗二代导航卫星的定位信息；其中，所述f_b为北斗一代导航卫星短报文接收的中心频率，f_b＝1561.098MHz，f_IF1＝4.092MHz，f_IF1对应采样时钟频率为16.368MHz；

B、发送电路发送信息至北斗一代导航卫星，所述信息包括北斗一代导航卫星短报文信息、手动编辑的短报文信息或北斗二代导航卫星的定位信息，具体步骤包括：

a、所述信息通过所述数据处理与系统控制电路处理得到数字中频信号；

b、步骤a得到的数字中频信号通过所述D/A数模转换电路转换为模拟中频信号；

c、步骤b得到的模拟中频信号通过所述滤波电路滤波，并通过所述混频器二与所述小数频综PLL产生的本地振荡频率f₂混频，得到所需发送的载频信号，其中，所述北斗一代导航卫星发送的中心频率为1615.68MHz；

d、步骤c得到的载频信号通过所述增益控制与功率放大器进行增益控制和功率放大处理，并通过天线发出，送至北斗一代导航卫星。

发送北斗二代导航卫星的定位信息出于求救的目的。

所述接收端互通模式以收信息-定位-发信息的方式工作，主要用于个体获取获知整个集体的位置信息，便于集中指挥操作。

所述导航定位模式用于各个独立接收端的自身定位和导航，实现导航卫星接收芯片的一般功能的同时发送信息到所需处。