小型化北斗车载用户机应用研究

安徽四创电子股份有限公司 侯振华 孙华磊 王 伟

小型化北斗车载用户机应用研究

安徽四创电子股份有限公司 侯振华 孙华磊 王 伟

一款小型化北斗车载用户机,具备标准型车载用户机的基本功能,包括北斗RDSS和RNSS功能,射频和基带部分采用通用的一体化设计,提高天线低仰角增益,缩小产品尺寸,优化产品安装方式,保留WIFI、GPRS无线通信手段。

小型化;北斗;车载用户机

0 引言

在自然灾害的发生时,应急指挥车作为紧急时刻指挥手段,在多个政府部门普遍使用,有大、中、小三种类型的指挥指挥车辆,标准的北斗车载用户机是19英寸机箱,很难在小型指挥车上使用,因此研发一种小型化的北斗车载用户机就十分必要。这里介绍的北斗小型化车载用户机是基于现有标准型车载用户机的基础上,进行小型化设计,具备标准型车载用户机的基本功能,精简内置电源部分,精简部分外部接口。保留WIFI、GPRS无线通信手段。缩小产品尺寸,优化产品安装方式。

1 系统介绍

小型化北斗车载型用户机是基于我国自主研制和建设的北斗卫星导航定位系统,具有BD2 RDSS定位、通信功能和BD2 RNSS/ GPS双模定位、导航、授时等功能的移动卫星导航通信平台,系统示意图如图1所示,由空间段、地面段和用户段三大部分组成。

小型化北斗车载型用户机属北斗导航定位系统中的用户段部分,主要由天线、车载型用户机主机和显控单元三部分组成。其中天线部分安装于车顶部,主机和显控单元安装于车内。

图1 系统示意图

小型化北斗车载型用户机以车载机主机为核心,对外提供多种数据接口,方便与外设连接。例如,车载机主机提供1路标准RS232接口,无需增加任何设备就能够与车载机服务器相连接,便于导航数据的处理。主机与显控单元之间可灵活采用无线WIFI和有线RS232两种连接方式,通过可移动的便携式显控单元,提供简洁的导航定位和通信的控制操作模式。除此之外,车载机主机内部增加了GPRS网络数据的处理单元,通过GPRS通信方式,应用时可弥补北斗短报文通信频度限制的缺点,有效增加车载机和固定指挥中心之间的数据传输效率(见图1)。

2 产品设计

为实现天线模块的小型化和高性能的技术要求,采用三个辐射单元完成对BD2 B1/GPS L1、BD1 L、BD1 S四个频段的覆盖,各辐射单元独自馈电实现圆极化的技术方案。对于BD2 B1/GPS L1频段的相对带宽较宽等特点,采用加厚辐射基板以拓展天线工作带宽的形式,而BD1 L和BD1 S频段仍采用单点馈电切角型辐射贴片结构形式实现圆极化。根据工作频段的特点和提高B1/L1频段与L频段的隔离度的要求,各辐射单元的结构安排如下:下层为谐振于BD1 L频段的辐射单元,中间层为谐振于BD1 S频段的辐射单元,最上层为谐振于BD2 B1/GPS L1频段的辐射单元,其各单元采用中心固定螺钉进行固定。在设计实现过程中,为进一步提高S频段的低仰角增益,采用了金属圆锥台的接地板形式,并且通过在S频段的介质基板中加载金属化过孔的方式,消除了馈电探针的干扰,便于各频段的圆极化设计和实现,

通过改变天线发射底板形状,可增加低仰角(10°)增益达-2dB,原用户机天线低仰角(10°)增益仅低为-4dB,结构示意图如图2所示。

图2 天线支架及天线示意图

为了降低车载用户机主机的尺寸,采用射频基带一体化模块设计方案,射频电路由低噪声放大器、射频通道、功率放大器3部分组成。接收通道中低噪声放大器第一级通常采用最低噪声系数方法匹配来满足低噪声系数要求,第二级采用介质滤波器或声表面波滤波器来抑制带外干扰信号,第三级再放大到到变频通道所需的功率。

基带部分北斗一代采用型号为BM3005MQ的北斗收发芯片,北斗二代采用TD3020C模块。北斗、GPS信号可单独输出,也可通过单片机组合输出。基带采用型号为BM3005MQ的北斗收发芯片,预留BD2GPS,采用TD3020C模块,需要时可选择焊接;预留单片机位置,需要做北斗信号处理时可选择焊接。北斗、GPS信号可单独输出,也可通过单片机组合输出。主机成品如图3所示: