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CN110441733A - 一种船用数字化罗兰c模块 - Google Patents

一种船用数字化罗兰c模块 Download PDF

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CN110441733A
CN110441733A CN201910692426.0A CN201910692426A CN110441733A CN 110441733 A CN110441733 A CN 110441733A CN 201910692426 A CN201910692426 A CN 201910692426A CN 110441733 A CN110441733 A CN 110441733A
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CN
China
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module
signal processing
positioning
time service
signal
Prior art date
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Pending
Application number
CN201910692426.0A
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English (en)
Inventor
马若顺
王琳
吴穹
张崇猛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
707th Research Institute of CSIC
Original Assignee
707th Research Institute of CSIC
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G—PHYSICS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种船用数字化罗兰C模块，其技术特点是：由射频前端电路和数字信号处理电路构成；射频前端电路包括依次连接的天线输入匹配模块、有源滤波器和LC滤波器，该天线输入匹配模块输入端与天线相连接，LC滤波器的输出端连接到数字信号处理电路上；数字信号处理电路包括模数转换模块、信号处理模块、配置逻辑模块和定位与授时解算模块，信号处理模块实现对输入信号的数字滤波处理以及罗兰C信号的信号识别跟踪功能，配置逻辑模块与信号处理模块、定位与授时解算模块及对外接口电路相连接，定位与授时解算模块安装有定位授时软件。本发明设计合理，提高了信号处理的速度以及信号的还原质量，有效地抑制了干扰和噪声的影响。

Description

一种船用数字化罗兰C模块
技术领域
本发明属于岸基远程无线电导航技术领域，尤其是一种船用数字化罗兰C模块。
背景技术
长河二号导航系统，国际上称之为罗兰C系统，是我国唯一一套大型岸基远程无线电导航系统，主要担负着为海上舰船活动提供导航定位服务以及其他专业任务。
罗兰C系统是一种中远程精密双曲线无线电导航系统。在无线电导航领域，它属于陆基、低频、脉冲相位导航体制。罗兰C系统主要由地面设施和接收机两部分组成。目前地面设施经过多年的建设已经较为成熟，但是舰船上使用的接收机通常采用模拟信号处理，由于传输距离、噪声干扰等原因，存在处理速度慢、受干扰和噪声的影响大导致信号质量差等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、抗干扰能力强且处理速度快的船用数字化罗兰C模块。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种船用数字化罗兰C模块，由射频前端电路和数字信号处理电路构成；所述射频前端电路包括依次连接的天线输入匹配模块、有源滤波器和LC滤波器，该天线输入匹配模块输入端与天线相连接，LC滤波器的输出端连接到数字信号处理电路上；所述数字信号处理电路包括模数转换模块、信号处理模块、配置逻辑模块和定位与授时解算模块，所述模数转换模块接收射频前端电路传来的信号并将其转换为数字信号传输给信号处理模块，所述信号处理模块实现对输入信号的数字滤波处理以及罗兰C信号的信号识别跟踪功能，所述配置逻辑模块与信号处理模块、定位与授时解算模块及对外接口电路相连接，所述定位与授时解算模块安装有定位授时软件，完成罗兰C信号的周期识别、时差解算、定位计算、接口输出以及模块内部控制功能。
所述天线输入匹配模块由隔直电容、交流耦合和阻抗匹配构成；所述有源滤波器由程控放大器、三级滤波器和驱动跟踪电路依次连接构成；所述LC滤波器由幅度调节电路和LC低通滤波器连接构成。
所述模数转换电路由输入匹配电路和AD转换器连接构成。
所述信号处理模块采用FPGA芯片实现。
所述配置逻辑模块包括FPGA芯片及与其相连接的信号处理模块的存储器和定位与授时解算模块的存储器。
所述定位与授时解算模块采用DSP芯片实现。
所述定位授时软件包括三个如下相对独立的功能模块：
时钟同步模块：完成本地时钟与空中罗兰C信号的同步并时钟同步信号输出给可调晶振；
定位模块：通过多个台链搜索器进行时差计算、时差平滑以及时差优选后进行定位计算，完成罗兰C的多台链定位功能，并将定位结果通过数据接口传输至配置逻辑模块的对外接口；
授时模块：通过台选择器、位同步器、位提取器、帧同步器、帧提取器和授时同步完成罗兰C系统授时功能，并将授时结果输出至配置逻辑模块的对外接口。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用全数字化的信号处理技术，通过FPGA和DSP相结合的处理方式，提高了信号处理的速度；利用多台链解算技术实现了高的定位精度和台链的自动转换；采用数字滤波技术，提高了信号的还原质量，有效地抑制了干扰和噪声的影响。
2、本发明通过接收长河二号系统三个罗兰C台链以及国外多个台链的信号，使用多台链跟踪技术在覆盖区内进行定位，向用户实时提供二维经纬度坐标，完成导航定位功能；同时，接收来自长河二号系统三个罗兰C台链中的主台和第一副台的授时信息，与国家UTC时间进行同步，向用户提供准确的时统信息，完成授时功能。
附图说明
图1为本发明的射频前端电路原理框图；
图2为本发明的数字信号处理电路原理框图；
图3为本发明的定位授时软件流程框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种船用数字化罗兰C模块，由射频前端电路和数字信号处理电路连接构成，在数字信号处理电路内安装有定位授时软件提供导航定位及授时功能。
如图1所示，射频前端电路包括依次连接的天线输入匹配模块、有源滤波器和LC滤波器。天线输入匹配模块输入端与天线(耦合器)相连接，LC滤波器的输出端连接到数字信号处理电路上。所述天线输入匹配模块由隔直电容、交流耦合和阻抗匹配构成，隔直电容将天线耦合器输出信号中直流部分阻挡在通道以外，以适应不同的耦合器输出特征；同时对输入信号中的交流部分(罗兰C信号)通过耦合线圈完成信号传输，并避免输入信号直接进入后级电路带来的匹配问题。所述有源滤波器包括程控放大器、三级滤波器和驱动跟踪电路，实现对输入信号的初次滤波和放大功能。所述LC滤波器由幅度调节电路和LC低通滤波器构成，其接收有源滤波器输出的信号并利用LC网络实现的一级低通滤波功能，对通道处理的信号作最后一级降噪滤波。LC滤波后的信号传输到数字信号处理电路中。
如图2所示，数字信号处理电路包括依次连接的模数转换模块、信号处理模块、配置逻辑模块和定位与授时解算模块。所述模数转换模块接收射频前端电路传来的信号，将其转换为数字信号传输给信号处理模块。所述信号处理模块采用FPGA芯片实现(图2中的FPGA2)，实现对输入信号的数字滤波处理以及罗兰C信号的信号识别跟踪功能。所述配置逻辑模块与信号处理模块和定位与授时解算模块相连接，同时，配置逻辑模块还与对外接口电路相连接，配置逻辑模块包括FPGA1芯片及与其相连接的FPGA2存储器和DSP存储器，FPGA1芯片与信号处理模块(FPGA2)、定位与授时解算模块(DSP)相连接，配置逻辑模块主要功能为：实现串口烧写FLASH存储器功能、罗兰C模块对外接口的串并转换、以及其它离散控制信号的转接。
所述定位与授时解算模块采用DSP芯片实现(图2中的DSP)，在本实施例中，DSP芯片采用TI公司的TMS320C6747DZKBA3。该芯片的最高运算速度可达300MHz，128KB内部RAM，可以满足罗兰C模块授时功能的需求。
在定位与授时解算模块中安装有定位授时软件，其以信号处理模块的输出信号(有用罗兰C信号和识别脉冲信号)为输入，完成罗兰C信号的周期识别、时差解算、定位计算、接口输出以及模块其他相关的内部控制。如图3所示，定位授时软件包括三个如下相对独立的功能模块：
(1)时钟同步模块：完成本地时钟与空中罗兰C信号的同步，时钟同步信号传递给可调晶振上。
(2)定位模块：通过多个台链搜索器进行时差计算、时差平滑以及时差优选后进行定位计算，完成罗兰C的多台链定位功能，并将定位结果通过数据接口传输至配置逻辑模块的对外接口。
(3)授时模块：通过台选择器、位同步器、位提取器、帧同步器、帧提取器和授时同步完成罗兰C系统授时功能，授时结果传输至配置逻辑模块的对外接口。
本发明未述及之处适用于现有技术。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：由射频前端电路和数字信号处理电路构成；所述射频前端电路包括依次连接的天线输入匹配模块、有源滤波器和LC滤波器，该天线输入匹配模块输入端与天线相连接，LC滤波器的输出端连接到数字信号处理电路上；所述数字信号处理电路包括模数转换模块、信号处理模块、配置逻辑模块和定位与授时解算模块，所述模数转换模块接收射频前端电路传来的信号并将其转换为数字信号传输给信号处理模块，所述信号处理模块实现对输入信号的数字滤波处理以及罗兰C信号的信号识别跟踪功能，所述配置逻辑模块与信号处理模块、定位与授时解算模块及对外接口电路相连接，所述定位与授时解算模块安装有定位授时软件，完成罗兰C信号的周期识别、时差解算、定位计算、接口输出以及模块内部控制功能。
2.根据权利要求1所述的一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：所述天线输入匹配模块由隔直电容、交流耦合和阻抗匹配构成；所述有源滤波器由程控放大器、三级滤波器和驱动跟踪电路依次连接构成；所述LC滤波器由幅度调节电路和LC低通滤波器连接构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：所述模数转换电路由输入匹配电路和AD转换器连接构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：所述信号处理模块采用FPGA芯片实现。
5.根据权利要求1或2所述的一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：所述配置逻辑模块包括FPGA芯片及与其相连接的信号处理模块的存储器和定位与授时解算模块的存储器。
6.根据权利要求1或2所述的一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：所述定位与授时解算模块采用DSP芯片实现。
7.根据权利要求1或2所述的一种船用数字化罗兰C模块，其特征在于：所述定位授时软件包括三个如下相对独立的功能模块：
时钟同步模块：完成本地时钟与空中罗兰C信号的同步并时钟同步信号输出给可调晶振；
定位模块：通过多个台链搜索器进行时差计算、时差平滑以及时差优选后进行定位计算，完成罗兰C的多台链定位功能，并将定位结果通过数据接口传输至配置逻辑模块的对外接口；
授时模块：通过台选择器、位同步器、位提取器、帧同步器、帧提取器和授时同步完成罗兰C系统授时功能，并将授时结果输出至配置逻辑模块的对外接口。
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