小型化北斗車載用戶機應用研究

安徽四創電子股份有限公司 侯振華 孫華磊 王 偉

小型化北斗車載用戶機應用研究

安徽四創電子股份有限公司 侯振華 孫華磊 王 偉

一款小型化北斗車載用戶機,具備標準型車載用戶機的基本功能,包括北斗RDSS和RNSS功能,射頻和基帶部分采用通用的一體化設計,提高天線低仰角增益,縮小產品尺寸,優化產品安裝方式,保留WIFI、GPRS無線通信手段。

小型化;北斗;車載用戶機

0 引言

在自然災害的發生時,應急指揮車作為緊急時刻指揮手段,在多個政府部門普遍使用,有大、中、小三種類型的指揮指揮車輛,標準的北斗車載用戶機是19英寸機箱,很難在小型指揮車上使用,因此研發一種小型化的北斗車載用戶機就十分必要。這里介紹的北斗小型化車載用戶機是基于現有標準型車載用戶機的基礎上,進行小型化設計,具備標準型車載用戶機的基本功能,精簡內置電源部分,精簡部分外部接口。保留WIFI、GPRS無線通信手段。縮小產品尺寸,優化產品安裝方式。

1 系統介紹

小型化北斗車載型用戶機是基于我國自主研制和建設的北斗衛星導航定位系統,具有BD2 RDSS定位、通信功能和BD2 RNSS/ GPS雙模定位、導航、授時等功能的移動衛星導航通信平臺,系統示意圖如圖1所示,由空間段、地面段和用戶段三大部分組成。

小型化北斗車載型用戶機屬北斗導航定位系統中的用戶段部分,主要由天線、車載型用戶機主機和顯控單元三部分組成。其中天線部分安裝于車頂部,主機和顯控單元安裝于車內。

圖1 系統示意圖

小型化北斗車載型用戶機以車載機主機為核心,對外提供多種數據接口,方便與外設連接。例如,車載機主機提供1路標準RS232接口,無需增加任何設備就能夠與車載機服務器相連接,便于導航數據的處理。主機與顯控單元之間可靈活采用無線WIFI和有線RS232兩種連接方式,通過可移動的便攜式顯控單元,提供簡潔的導航定位和通信的控制操作模式。除此之外,車載機主機內部增加了GPRS網絡數據的處理單元,通過GPRS通信方式,應用時可彌補北斗短報文通信頻度限制的缺點,有效增加車載機和固定指揮中心之間的數據傳輸效率(見圖1)。

2 產品設計

為實現天線模塊的小型化和高性能的技術要求,采用三個輻射單元完成對BD2 B1/GPS L1、BD1 L、BD1 S四個頻段的覆蓋,各輻射單元獨自饋電實現圓極化的技術方案。對于BD2 B1/GPS L1頻段的相對帶寬較寬等特點,采用加厚輻射基板以拓展天線工作帶寬的形式,而BD1 L和BD1 S頻段仍采用單點饋電切角型輻射貼片結構形式實現圓極化。根據工作頻段的特點和提高B1/L1頻段與L頻段的隔離度的要求,各輻射單元的結構安排如下:下層為諧振于BD1 L頻段的輻射單元,中間層為諧振于BD1 S頻段的輻射單元,最上層為諧振于BD2 B1/GPS L1頻段的輻射單元,其各單元采用中心固定螺釘進行固定。在設計實現過程中,為進一步提高S頻段的低仰角增益,采用了金屬圓錐臺的接地板形式,并且通過在S頻段的介質基板中加載金屬化過孔的方式,消除了饋電探針的干擾,便于各頻段的圓極化設計和實現,

通過改變天線發射底板形狀,可增加低仰角(10°)增益達-2dB,原用戶機天線低仰角(10°)增益僅低為-4dB,結構示意圖如圖2所示。

圖2 天線支架及天線示意圖

為了降低車載用戶機主機的尺寸,采用射頻基帶一體化模塊設計方案,射頻電路由低噪聲放大器、射頻通道、功率放大器3部分組成。接收通道中低噪聲放大器第一級通常采用最低噪聲系數方法匹配來滿足低噪聲系數要求,第二級采用介質濾波器或聲表面波濾波器來抑制帶外干擾信號,第三級再放大到到變頻通道所需的功率。

基帶部分北斗一代采用型號為BM3005MQ的北斗收發芯片,北斗二代采用TD3020C模塊。北斗、GPS信號可單獨輸出,也可通過單片機組合輸出。基帶采用型號為BM3005MQ的北斗收發芯片,預留BD2GPS,采用TD3020C模塊,需要時可選擇焊接;預留單片機位置,需要做北斗信號處理時可選擇焊接。北斗、GPS信號可單獨輸出,也可通過單片機組合輸出。主機成品如圖3所示: