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北斗卫星导航模块及终端技术
文章来源 : 军民结合推进司 发布时间:2014年12月09日

  【技术开发单位】北京理工大学

  【技术简介】该项技术由北京理工大学学科性公司——北京理工雷科电子信息技术有限公司在雷达所多年的北斗卫星导航研究基础上进一步展开研究工作,目前已形成具有自主知识产权的北斗二代基带芯片,该芯片已通过多种型号产品的验证,具有稳定性好、技术先进、功耗低等优点:芯片在2010年3月即完成流片;同年8月通过卫星总站的测试,在当时参与此基带芯片任务的4家单位性能比测中,公司芯片的综合功能排名第一,在灵敏度、功耗、动态范围方面优势明显。

  在以北斗二代基带芯片作为核心基带处理器的基础上,后续成功开发多款导航终端,包括:手持基本型、手持双模型、手持兼容型、车载定向型、车载测地型、车载双模型。此外基于该芯片还研制完成定向、高精度测地等多个行业的高端应用。

  北斗二代基带芯片设计实现突破了微弱信号快速军码直接捕获技术、BD/GPS系统民码高灵敏度捕获技术、高精度兼容型相关通道技术、SoC芯片软硬件协同开发技术等多项关键技术;多款导航终端开发过程中突破了多系统兼容定位技术、失锁快速重位技术、多系统兼容完好性监测技术、军码信息高效处理技术、小型化低功耗整机设计技术、整机电磁兼容技术等多项关键技术。

  北斗用户机的基本功能框图

  天线模块:天线模块用于接收卫星信号,依据整机规划不同,接收频点包括BD B1、B3、GPS L1等;为提高系统性能,降低信号损失,天线设计为有源天线,内置LNA。

  射频模块:射频模块实现导航信号的变频、放大、滤波处理,既可以接用户机内部天线信号,也可以连接外置天线或测试端口,并可以为外置天线的LNA提供3.3V馈电,输出模拟中频信号。

  基带信号处理模块:基带信号处理模块实现功能包括中频采样、直捕快捕、相关处理、环路控制、电文提取等,采用北斗二代基带芯片设计实现,保证系统小型化、低功耗、模块化、国产化的技术要求。

  基带信号处理模块:基带信号处理模块实现功能包括中频采样、直捕快捕、相关处理、环路控制、电文提取等,采用北斗二代基带芯片设计实现,保证系统小型化、低功耗、模块化、国产化的技术要求。

  导 航信息处理模块:导航信息处理模块采用自研方式完成,实现功能包括电文格式转换/解密处理、定位解算处理、速度解算处理、完好性处理等。

  应用处理模块:应用处理模块实现功能包括基于GIS的导航功能、对底层设备的管理控制、对外通信等功能。高温太阳能集热管(4米)吸收率95%;在400℃真空条件下,涂层发射率≤10%。

  PRM模块:PRM模块为精密测距码发生器,并提供Q路电文的解格式功能。

  解密IC卡模块:IC卡提供Q路电文(甚至I路电文)解密功能。

  守时模块:守时模块提供整机中的10MHz基准时钟和高稳定度的RTC时间,保证整机的守时性能。

  电源模块:电源模块提供整机的供电功能,包括电池组、电池充电电路、电源切换电路、DC-DC电路等。

  【主要技术指标】

  北斗双频点卫星导航接收模块技术指标

  接收频率
  BD2-B3 C/P 码
  BD2-B1 C/P 码或GPS-L1

  启动时间
  重捕获:≤5S(P 码)
  热启动:10S(P 码)
  冷启动:90S(P 码)

  定位测速精度
  水平精度:10m; 垂直精度:10m;
  测速精度:0.2m/s
  1PPS 精度(RMS) 50ns

  跟踪灵敏度: -140dBm
  捕获灵敏度: -135dBm
  数据更新率: 1Hz、10Hz(可选)

  原始观测量输出
  频度10Hz、100Hz(可选)
  可输出伪距、伪距率、载波相位、导航电文等信息

  导航数据格式
  NMEA0183 V3.0
  二进制格式

  动态性能
  速度:515m/s
  加速度:10g
  加加速度:5g/s

  电气特性
  供电电压 +4.8 ~ +40VDC
  平均功耗 ≤2w

  物理特性:外形尺寸 88×57×15mm

  环境适应性
  工作温度 -40℃ ~ +55℃
  存储温度 -55℃ ~ +85℃
  数据接口:3 个UART 接口,LV-TTL 电平,波特率115200bps

  北斗定位通信模块技术指标

  RNSS
  定位精度:水平10m,高程10m
  测速精度:0.2m/s
  冷温热启动时间:120s/120s/15s

  RDSS
  首次捕获时间:≤2s,失锁再捕时间:≤1s
  定位精度:100m
  发射信号EIRP 值:≥6dBW 且≤16dBW
  发射信号时间同步精度:5ns
  授时精度 授时精度:≤100ns

  接口 1 个RS232 对外接口,1 个1PPS 接口

  电气特性
  供电电压 5V@0.5A
  平均功耗 ≤2w

  物理特性:外形尺寸 60×48.5×12mm

  环境适应性
  工作温度:-20℃~+55℃
  存储温度:-40℃~+85℃
  湿度:95%(温度+45℃)

  振动、冲击、跌落、淋雨、砂尘、盐雾等符合GJB150A-2009 有关规定

  北斗一体化定位监控终端主要技术指标

  RNSS技术指标
  北斗卫星导航系统B3频点民码、军码定位
  B3民码快捕、军码直捕
  伪距精度:0.2m
  定位精度:水平10m,高程10m
  测速精度:0.2m/s
  冷/温/热启动时间:60s/60s/15s

  RDSS技术指标
  北斗S频段接收,L频段发射
  接收通道:10
  首次捕获时间:≤2s
  失锁再捕时间:≤1s
  定位精度:重点区域20m,非重点区域100m
  授时精度:100ns
  发射信号EIRP值:≥6dBW且≤16dBW
  发射信号时间同步精度:5ns
  接收灵敏度:-127.6dBm

  其他指标
  支持北斗二代B3、B1频点军码定位
  可以扩展GPS、GLONASS系统
  支持北斗二代RDSS短报文通信功能
  支持北斗通信指挥功能
  支持RS232,USB等多种接口扩展功能

  低电流宽压输入:9~36V,电流0.5A@9V

  【技术特点】与国内民用领域的基带信号处理技术、终端技术相比,北斗卫星导航模块及终端技术的技术特点及优势如下:

  (1)高可靠性:相关产品已经应用于手持、车载、机载、船载等各种平台,应用于国防军工、航天航空、交通运输、应急救灾、指挥控制、海洋渔业、气象监控、国土资源、农业、林业、电力授时等多个领域,系统采用标准化、模块化设计,保证了系统的高可靠性;
  (2)高集成度:基带处理芯片及终端产品,集成了BD系统B1、B2、B3频点军码、民码,GPS系统L1频点,系统集成度高,可用度高;
  (3)高精度:测量型产品应用于高精度测量、定位定向等领域,满足军用、民用测量测绘的需求;
  (4)环境适应性强:芯片及终端产品满足军用芯片及终端的各项环境要求,包括高低温工作、高低温存储、温度冲击、淋雨、湿热、冲击、振动等,系统具有较强的环境适应性。

  【适用范围】产品适用于手持、车载、机载、船载等各种平台,可应用于国防军工、航天航空、交通运输、应急救灾、指挥控制、海洋渔业、气象监控、国土资源、农业、林业、电力授时、高精度测量等领域。

  【专利状态】已获得专利6项,申报专利1项

  【技术状态】批量生产阶段

  【合作方式】

  (1)产品提供。为需求的公司和企业提供雷达系统、卫星导航、数据采集处理等产品,也可以根据公司需求进行相应的产品研发。
  (2)产业化。相关技术和产品可在需求单位进行落地产业化,转化周期在一年左右。
  (3)合作研发。与相关企业合作,共同研发新一代交通管理雷达系统、高性能信息处理标准硬件平台等,共同为国家安全与国民经济发展的高科技领域服务。
  (4)技术服务。与各个地方政府防灾减灾等相关部门合作,提高各级综合减灾能力,最大限度地减轻自然灾害的损失。

  【预期效益】

  经济效益

  预计到2015年,北斗卫星导航产品将会产生直接经济效益6000万以上。根据一般高新产业带动相关产业发展的产值和潜在效益的比例计算(拉动的产值、潜在效益是直接效益的2-10倍,在这里保守地按5倍计算),带来的拉动产值将达到3亿元,形成巨大的产业市场。

  社会效益

  (1)公司产品改变了依靠国外GPS等产品的情况,提高了我国在卫星导航领域的自主性。
  (2)公司产品在交通运输、应急救灾、农业、林业、海洋渔业、电力等国民经济部门会发挥巨大作用,提升相关领域的信息化水平和行业效率,带动相关产业结构升级。

  【联系方式】张昊 01068912328/18810777086


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