专利名称：一种集成化卫星导航气象探空仪的制作方法
技术领域：
本发明属于卫星导航领域，特别是一种集成化卫星导航气象探空仪。
背景技术：
卫星导航定位系统是利用卫星发射无线电信号进行定位导航，具有全天候、高精度、快速实时的三维导航、定位、测速和授时功能。目前，它已广泛应用于导航制导、工程测量、地球动力学、气象学和大气物理学等领域。卫星导航定位系统由三部分组成，即空间卫星星座部分、地面监控部分、用户设备部分(卫星导航接收机或�？�)。当前的全球导航卫星系统(GNSS, Global NavigationSatellite System)包括美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、中国的北斗卫星导航系统以及欧盟正在建设中的GALILEO系统，GNSS综合了多个卫星导航系统的卫星信号，增加了整个系统 可视卫星的数目，改善了卫星的分布和精度因子，在任何地方都有较大角度的多个卫星可供观测，因此，GNSS具有更强的可用性、可靠性以及更高的定位精度和更好的完好性。利用卫星导航定位系统进行气象探空是一种新型的气象探测手段，替代传统的无线电经纬仪或雷达设备进行定位，获取风速、风向等数据，大大地提高了气象探空的准确性，同时降低了地面设备及整个系统的成本。如图I所示，卫星导航气象探空系统包括球上设备和地面设备，球上设备包括探空气球和卫星导航气象探空仪，用于完成气象探空数据的采集、编码、调制和发射；地面设备包括地面接收机和监控终端，用于完成气象探空数据的接收、解调、译码和处理。其中，卫星导航气象探空仪是利用卫星导航定位系统进行准确的气象探测和高空测风的有效工具，它包括卫星导航定位部分、TPU (温度、气压、湿度)测量部分、CPU部分及无线通信部分。卫星导航定位部分接收和处理导航卫星信号，提供精确的位置、速度和时间信息，用于测风和气压反算；Tro测量部分由温度、气压、湿度传感器和测量电路等组成，用于采集不同高程处的温度、气压和湿度信息；CPU部分由微处理器及外围电路构成，用于完成数据的采集、控制、处理和发送；无线通信部分用于将导航定位信息和TPU信息进行调制、放大并发射给地面设备。一般的卫星导航气象探空仪采用�？榛纳杓品桨�。如图2所示，为现有的�？榛佬堑己狡筇娇找亲槌稍硎疽馔迹ㄎ佬堑己侥？�、TPU测量单元以及无线通信单元，其工作原理为卫星导航�？橥ü佬墙邮仗煜呓邮盏己轿佬切藕牛谀？槟诓烤淦挡糠纸行藕欧糯�、滤波、下变频、模数转换，输出数字中频信号，继而由基带处理部分对数字中频信号进行处理，最后由处理器单元I实现位置、速度、时间等导航信息的解算测量单元通过处理器单元2和ADC转换器实现对来自温度、气压和湿度传感器的信号采集，获取实时的温度、气压和湿度信息；另外还包括一个处理器单元3，将来自卫星导航�？楹蚑PU测量单元的数据信息进行编码处理，发送给无线通信单元；无线通信单元将编码后的数据通过调制电路调制成L波段或P波段无线信号，经功率放大后通过发射天线发射给地面设备。模块化的卫星导航气象探空仪一般需要采用多个处理器，由图2可看出，共采用了3个处理器，系统比较复杂，处理器单元之间的数据传输需要通过串口，数据处理效率比较低，同时，其体积和功耗较大，这对于对成本、体积和功耗比较敏感的气象探空仪是不利的。
发明内容
本发明针对现有的�？榛佬堑己狡筇娇找堑娜毕莺筒蛔悖岢隽艘恢旨苫佬堑己狡筇娇找牵鍪褂靡桓龃砥鳎苯形佬堑己浇馑阋约拔露�、气压、湿度数据采集处理和无线通信控制，有效地降低了卫星导航气象探空仪的复杂度，提高了数据处理的效率，并且，节省了空间，减小了体积，降低了成本和功耗。本发明的技术方案是一种集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，包括与卫星接收天线连接的卫星导航射频单元、TPU测量单元、与发射天线连接的功率放大单元以及处理器单元，所述处理器单元包括处理器，所述处理器上集成有卫星导航基带处理�？�、ADC转换器以及无线通信调制�？椋鑫佬堑己交砟？橛胛佬堑己缴淦档ピ樱鯝DC转换器与TPU测 量单元连接，所述无线通信调制�？橛牍β史糯蟮ピ樱凰龃砥鞯ピ糜诮邮瘴佬堑己缴淦档ピ涑龅氖种衅敌藕牛瓿晌佬堑己绞种衅敌藕诺拇砗突馑悖袢∥恢�、速度、时间等导航信息，同时完成对来自TPU测量单元的温度、气压和湿度的信号采集处理，获取实时的温度、气压和湿度等TPU信息，并完成卫星导航信息和TPU信息的编码和调制，将调制后的无线信号发送给功率放大单元，经过功率放大后的无线信号通过发射天线发射给地面设备。所述处理器包括但不限于ARM、MIPS、DSP、FPGA或MCU等处理器。所述处理器包括CPU及常用外围接口和/或存储器，所述常用外围接口指USB、SPI、IIC、UART、GPI0 等。所述处理器上所集成的卫星导航基带处理�？槲ツ；砟？榛蚨嗄；砟？�。所述处理器上所集成的无线通信调制�？樗髦频奈尴咝藕虐≒波段无线信号或L波段无线信号或其他可以用来进行气象探空数据传输的无线信号。所述卫星导航射频单元用于完成由卫星接收天线转换的电信号的放大、滤波、下变频和模数转换，输出数字中频信号；所述卫星导航射频单元包括一路卫星导航射频单元或多路卫星导航射频单元，所述一路卫星导航射频单元输出一路数字中频信号，所述多路卫星导航射频单元输出多路数字中频信号。所述TPU测量单元包括温度传感器、气压传感器和湿度传感器。所述集成化卫星导航气象探空仪所应用的卫星导航系统包括美国的GPS系统，俄罗斯GL0NASS系统，中国的北斗系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统中的一种或多种的组合。本发明的技术效果本发明提供的一种集成化卫星导航气象探空仪，仅采用一个处理器，将卫星导航基带处理�？�、ADC转换器、无线通信调制�？橛隒PU、存储器及常用外围接口均集成在同一个处理器上，可同时实现卫星导航基带处理和解算、TPU数据采集处理及无线通信控制。这样，既减少了处理器的数量，有效地降低了卫星导航气象探空仪的复杂度，省去了处理器之间的串口传输环节，提高了数据处理的效率，又节省了空间，减小了体积，降低了成本和功耗。本发明集成化的卫星导航气象探空仪所采用的处理器，可以采取灵活集成的方式，处理器上集成有卫星导航基带处理模块、ADC转换器、无线通信调制�？�、CPU、存储器及常用外围接口，还可以集成其他与卫星导航气象探空有关的模块，如卫星导航射频模块等；除CPU及常用外围接口外，其他部分可以选择是否集成。
图I为卫星导航气象探空系统组成结构示意图。图2为现有的�？榛佬堑己狡筇娇找亲槌稍硎疽馔�。图3为本发明的集成化卫星导航气象探空仪组成原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。如图3所示，为本发明的集成化卫星导航气象探空仪组成原理示意图。包括与卫星接收天线连接的卫星导航射频单元、TPU测量单元、与发射天线连接的功率放大单元以及处理器单元，处理器单元包括处理器，处理器上集成有卫星导航基带处理�？�、ADC转换器以及无线通信调制模块，卫星导航基带处理�？橛胛佬堑己缴淦档ピ樱珹DC转换器与TPU测量单元连接，无线通信调制模块与功率放大单元连接；所述处理器单元用于接收卫星导航射频单元输出的数字中频信号，完成卫星导航数字中频信号的处理和基带解算，获取位置、速度、时间等导航信息，同时完成对来自TPU测量单元的温度、气压和湿度的信号采集处理，获取实时的温度、气压和湿度等TPU信息，并完成导航信息和TPU信息的编码和调制，将调制后的无线信号发送给功率放大单元，经过功率放大后的无线信号通过发射天线发射给地面设备。其中，卫星导航射频单元用于完成由卫星接收天线转换的电信号的放大、滤波、下变频和模数转换，输出数字中频信号，可以是一路卫星导航射频单元或多路卫星导航射频单元，一路卫星导航射频单元输出一路数字中频信号，多路卫星导航射频单元输出多路数字中频信号测量单元包括温度传感器、气压传感器和湿度传感器，输出不同高程处的温度、气压和湿度信息。本发明的处理器单元中的处理器是高集成度的一体化芯片，包含但不限于集成卫星导航基带处理模块、ADC转换器、无线通信调制�？�、CPU、存储器及常用的外围接口，还可以集成其他与卫星导航气象探空有关的�？椋缥佬堑己缴淦的？榈龋豢梢圆扇×榛罴傻姆绞剑闯鼵PU及常用外围接口外，其他部分可以选择是否集成。所述处理器包括但不限于ARM、MIPS、DSP、FPGA或MCU等各种类型的处理器；所述处理器包括CPU及常用外围接口和/或存储器，所述常用外围接口指USB、SPI、IIC、UART、GPIO等。处理器上还可以集成其他与卫星导航气象探空仪有关的�？椋缥佬堑己缴淦的？�。处理器上所集成的卫星导航基带处理�？槲ツ；砟？榛蚨嗄；砟？椋淮砥魃纤傻奈尴咄ㄐ诺髦颇？樗髦频奈尴咝藕虐≒波段无线信号或L波段无线信号或其他可以用来进行气象探空数据传输的无线通信信号。
本发明的集成化卫星导航气象探空仪所应用的卫星导航系统包括美国的GPS系统，俄罗斯GL0NASS系统，中国的北斗系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统中的一种或多种的组合。应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同 替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
权利要求
1.一种集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，包括与卫星接收天线连接的卫星导航射频单元、TPU测量单元、与发射天线连接的功率放大单元以及处理器单元，所述处理器单元包括处理器，所述处理器上集成有卫星导航基带处理�？椤DC转换器以及无线通信调制�？椋鑫佬堑己交砟？橛胛佬堑己缴淦档ピ樱鯝DC转换器与TPU测量单元连接，所述无线通信调制模块与功率放大单元连接；所述处理器单元用于接收卫星导航射频单元输出的数字中频信号，完成卫星导航数字中频信号的处理和基带解算，获取位置、速度、时间等导航信息，同时完成对来自TPU测量单元的温度、气压和湿度的信号采集处理，获取实时的温度、气压和湿度等TPU信息，并完成卫星导航信息和TPU信息的编码和调制，将调制后的无线信号发送给功率放大单元，经过功率放大后的无线信号通过发射天线发射给地面设备。
2.根据权利要求I所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述处理器包括但不限于ARM、MIPS、DSP、FPGA或MCU等处理器。
3.根据权利要求I或2所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述处理器包括CPU及常用外围接口和/或存储器，所述常用外围接口指USB、SPI、IIC、UART、GPIO等。
4.根据权利要求I所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述处理器所集成的卫星导航基带处理模块为单模基带处理�？榛蚨嗄；砟？�。
5.根据权利要求I所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述处理器所集成的无线通信调制�？樗髦频奈尴咝藕虐≒波段无线信号或L波段无线信号或其他可以用来进行气象探空数据传输的无线信号。
6.根据权利要求I所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述卫星导航射频单元用于完成由卫星接收天线转换的电信号的放大、滤波、下变频和模数转换，输出数字中频信号；所述卫星导航射频单元包括一路卫星导航射频单元或多路卫星导航射频单元，所述一路卫星导航射频单元输出一路数字中频信号，所述多路卫星导航射频单元输出多路数字中频信号。
7.根据权利要求I所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述TPU测量单元包括温度传感器、气压传感器和湿度传感器。
8.根据权利要求I至6之一所述的集成化卫星导航气象探空仪，其特征在于，所述集成化卫星导航气象探空仪所应用的卫星导航系统包括美国的GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，中国的北斗系统，欧洲的GALILEO系统，以及以后可能出现的新的卫星导航系统中的一种或多种的组合。
全文摘要
本发明提出的一种集成化卫星导航气象探空仪，仅使用一个处理器，同时进行卫星导航解算以及温度、气压、湿度数据采集处理和无线通信控制，有效地降低了卫星导航气象探空仪的复杂度，提高了数据处理的效率，并且，节省了空间，减小了体积，降低了成本和功耗。包括与卫星接收天线连接的卫星导航射频单元、TPU测量单元、与发射天线连接的功率放大单元以及处理器单元，所述处理器单元包括处理器，所述处理器上集成有卫星导航基带处理�？�、ADC转换器以及无线通信调制�？椋鑫佬堑己交砟？橛胛佬堑己缴淦档ピ樱鯝DC转换器与TPU测量单元连接，所述无线通信调制�？橛牍β史糯蟮ピ�。
文档编号G01W1/08GK102890295SQ201210371829
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者不公告发明人 申请人:北京东方联星科技有限公司
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