专利摘要
一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距系统及其方法，包括天线部分、发射机房和中心机房，天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，由数据组帧模块以设定的数据格式对数字基带信号进行组帧，然后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤远距离传输至中心机房的信号处理终端，信号处理终端首先将光信号恢复为数字基带信号，然后完成对信号的捕获、跟踪、解调解扩的处理得到用户的伪距时延值。本发明利用射频直接采样和光纤拉远减少下变频时延、电缆时延，增加测距精度。
权利要求
1.一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)构建基于射频直接采样光纤长距离传输的测距系统
所述测距系统包括天线部分、发射机房和中心机房，其特征在于：所述天线部分包括天线和低噪声放大器LNA，发射机房包括采集预处理单元，所述采集预处理单元包括A/D射频采样模块、数字下变频模块、数字组帧模块和光模块，所述中心机房包括信号处理终端，所述天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D射频采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，由数据组帧模块以设定的数据格式对数字基带信号进行组帧，然后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤远距离传输至中心机房的信号处理终端，信号处理终端首先将光信号恢复为数字基带信号，然后完成对信号的捕获、跟踪、解调解扩的处理得到用户的伪距时延值，其中测距系统其接收通道时延是从天线口面至A/D射频采样模块前的时延值，接收通道时延包含天线时延t1、低噪放时延t2，测距系统其总的接收通道时延为t'r＝t1+t2；
(2)天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D射频采样模块完成对射频信号的直接射频采样，将射频信号转换为数字基带信号，然后数据组帧模块以万兆网IP数据包格式对数字基带信号进行打包处理，并利用发射机房的时频信号对数据包打标本地时间，设标定时间间隔为X，最后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤远距离传输到中心机房，发射机房与中心机房的距离为Y，由发射机房传输到中心机房的传输时延为 其中c为光速；
(3)设中心机房与发射机房两地间的时间差同步误差δ≤αmax，αmax为设定阈值，中心机房以自身机房的原子钟提供的时频信号作为时间基准，以预设时间间隔X接收数据包，当假设某T0时刻由发射机房标定的数据包到达中心机房的时刻为T0+Δτ+αmax，下一个标定时刻T0+X时刻的数据包到达中心机房的时刻为T0+Δτ+X，为了使得两个数据包不发生串扰，需满足X≥αmax；
(4)光信号由光纤传输至中心机房的信号处理终端后，首先将光信号恢复为数字基带信号，然后完成信号同步头的捕获和跟踪，得到信号接收时刻Tr，根据出站分帧号得到用户信号发射时间Tt，所以传播时延值为Δt＝Tr-Tt，从而得到伪距ρ＝c(Δt-t'r)。
说明书
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，特别是卫星导航系统地面段一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距系统及其方法。
背景技术
卫星导航系统主要由三个独立部分组成：空间段、地面段以及用户段，地面段接收来自空间段转发的入站信号，通过对入站信号的处理得到伪距时延值，真实的传播时延应该以天线口面作为计量点，而实际的传播时延除了真实的传播时延外还包含接收通道时延和发射通道时延，接收通道时延是指接收机从天线相位中心到A/D转换前的模拟通道时延，即接收零值；发射通道时延是指发射机从D/A转换之后到发射天线相位中心之间的模拟通道时延，也即发射零值，所以数据处理过程中应该尽量减少零值的不稳定性对测距产生的影响。
传统地面中心站中发射接收设备与信号处理部分各收发链路间通过长电缆传输模拟中频信号，然后通过中频采样的方式完成信号的接收和生成的处理，发射接收设备与信号处理部分进行分离是由于发射接收设备对环境要求很高，必须是无遮挡且电磁条件良好的地方，所有设备放在一起增加了设备规模并提高了整个系统对环境的要求。基于模拟中频信号传输的信号接收示意图如图1所示，入站信号经天线接收并通过低噪放放大处理，然后经下变频器将射频信号转换为中频信号，由长电缆传输到信号处理终端，由信号处理终端根据空闲单元轮换的原则选择一路A/D采样模块完成模拟中频信号到数字中频信号的转换，并由信号处理终端的数字下变频模块将数字中频信号转换为数字基带信号，最终由相对应的信号处理模块完成对入站信号的捕获、跟踪以及信息的解调、译码等处理，得到伪距时延值，由接收通道时延的定义可知，传统地面中心站接收通道时延包括天线时延t1、低噪放时延t2、下变频器时延t3以及电缆时延t4，各设备时延受环境温度、工作信号特性等因素会出现时延不稳定，尤其是电缆时延的不稳定性，最终影响系统测距时延稳定性。传统模式存在的问题：电缆被埋在地沟里，地沟中环境温度不可控以及电缆本身的老化都将造成整个系统时延不稳定；由于电缆的传输损耗较大，不利于远距离传输，一般分离距离只有100米～200米；可扩展性不强，若需增加设备，必须重新布线，增加了基建难度且给后续的维护带来困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距方法，减少时延不稳定因素对测距的影响，同时实现发射接收设备和信号处理各类设备的远距离分离，解决传统地面中心站存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距系统，包括天线部分、发射机房和中心机房，所述天线部分包括天线和低噪声放大器LNA，发射机房包括采集预处理单元，所述采集预处理单元包括A/D射频采样模块、数字下变频模块、数字组帧模块和光模块，所述中心机房包括信号处理终端，所述天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，由数据组帧模块以设定的数据格式对数字基带信号进行组帧，然后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤远距离传输(传输距离可达几十公里)至中心机房的信号处理终端，信号处理终端首先将光信号恢复为数字基带信号，然后完成对信号的捕获、跟踪、解调解扩的处理得到用户的伪距时延值。
一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距方法，包括以下步骤：
(1)天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，然后数据组帧模块以万兆网IP数据包格式对数字基带信号进行打包处理，并利用发射机房的时频信号对数据包打标本地时间，设标定时间间隔为X，然后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤传输到中心机房，发射机房与中心机房的距离为Y，由发射机房传输到中心机房的传输时延为 其中c为光速。
(2)设中心机房与发射机房两地间的时间差同步误差δ≤αmax，其中αmax为设定阈值，表征同步精度，由工程实现具体所采用的时间同步方法决定。中心机房以自身机房的原子钟提供的时频信号作为时间基准，以设定的时间间隔X接收数据包，为了使得两个数据包不发生串扰，需满足X≥αmax。
(3)光信号由光纤到达信号处理终端后，首先将光信号恢复为数字基带信号，然后完成信号同步头的捕获和跟踪，得到信号接收时刻Tr，根据出站分帧号得到用户信号发射时间Tt，所以传播时延值为△t＝Tr-Tt，从而得到伪距ρ＝c(△t-t′r)。
本发明的有益技术效果：
本发明地面中心站利用光纤实现内含发射接收设备的发射机房和内含信号处理部分的中心机房的分离。以信号接收为例如图2所示，天线部分含天线、低噪声放大器LNA等设备，LNA完成对天线接收射频信号的放大，以便于后级接收设备的处理，发射机房含采集预处理单元，由采集预处理单元的A/D采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，然后由数据组帧模块以规定的数据格式对数字基带信号进行组帧，最后由光模块将数字基带信号转换为光信号方便后续对信号的传输及处理，与图1基于模拟中频信号传输的信号接收示意图对比，将A/D采样模块由中心机房提到发射机房，减少了下变频器和电缆的时延环节，使得本发明的传输时延仅包括天线时延、低噪放时延，同时采用先统一A/D采样然后传给各个信号处理终端的方式，避免了选择不同信号处理模块造成时延存在差异的缺陷，减少了时延不稳定的因素；中心机房中有信号处理终端，其首先将光信号恢复为数字基带信号，然后通过完成对信号的捕获、跟踪、解调解扩的处理得到用户的伪距时延值、多普勒频移等信息。
综上所述，本发明利用射频直接采样和光纤拉远减少模拟下变频时延、电缆时延，减少造成时延不稳定的中间环节，提高了系统测距时延稳定性；利用光纤实现远距离拉远，实现发射机房和中心机房的长距离分离，分离距离可达几十公里，提高中心机房的隐蔽性，同时使得发射机房设于电磁条件良好、无遮挡的偏远地区，便于地理资源的合理利用；整个系统的可扩展性增强。
附图说明
图1是基于模拟中频信号传输的信号接收示意图
图2是本发明的信号接收示意图
图3是本发明的测距流程图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明：
卫星导航系统地面段通过对接收信号的处理解调出传输时延值△t，此传输时延值是真实的传输时延ρ与接收通道时延t′r的总和，即ρ＝c(△t-t′r)，只要减少t′r对整个测距的时延不稳定的影响，即可最终提高测距时延稳定性。
本发明将传统位于中心机房的A/D采样模块提前到发射机房的采集预处理单元并减少模拟模拟下变频环节，改传统的中频采样为直接射频采样，由于接收通道时延是从天线口面至A/D采样前的时延值，所以本发明将计算接收时延的位置提前并统一到发射机房内，基于射 频采样数字信号光纤长距离传输的信号接收示意图如图2所示，接收通道时延(即接收零值)包含天线时延t1、低噪放时延t2，所以总的接收通道时延为t′r＝t1+t2，相较于图1的接收通道时延tr＝t1+t2+t3+t4，通过将A/D采样提前放置，减少模拟下变频和电缆时延环节，解决了电缆所处环境对时延稳定性恶化的影响，同时避免了选择不同信号处理模块造成时延存在差异的缺陷，降低了时延不稳定性对系统测距的影响。
如图2所示，本实施例提供的一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距系统，包括天线部分、发射机房和中心机房，所述天线部分包括天线和低噪声放大器LNA，发射机房包括采集预处理单元，所述采集预处理单元包括A/D射频采样模块、数字下变频模块、数字组帧模块和光模块，所述中心机房包括信号处理模块，所述天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，由数据组帧模块以设定的数据格式对数字基带信号进行组帧，然后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤传远距离传输至中心机房的信号处理终端，信号处理终端首先将光信号恢复为数字基带信号，继而完成对信号的捕获、跟踪、解调解扩的处理得到用户的伪距时延值。
利用光纤传递光信号至信号处理终端，改变原来长电缆传输模拟中频信号的方式，增加长距离传输的可实施性，从而可以实现发射机房和中心机房的远距离分离，方便中心机房的日常维护且有利于中心机房的隐蔽性，因为对于卫星导航系统而言，信号处理是在中心机房完成，所以尤其军事应用中，一旦中心机房被毁，会对整个系统的运行产生影响，所以实现中心机房的隐蔽性具有现实意义。
参照图3，本发明提供一种基于射频直接采样光纤长距离传输的测距方法，包括以下步骤：
(1)天线接收射频信号后将接收到的射频信号经低噪声放大器LNA进行放大，放大后的射频信号由采集预处理单元的A/D采样模块完成对射频信号的直接射频采样，由数字下变频模块将射频信号转换为数字基带信号，然后数据组帧模块以万兆网IP数据包格式对数字基带信号进行打包处理，并利用发射机房的时频信号(1PPS或者1PPM)对数据包打标本地时间，设标定时间间隔为X，然后由光模块将数字基带信号转换为光信号，利用光纤远距离传输到中心机房，发射机房与中心机房的距离为Y，由发射机房传输到中心机房的传输时延为 其中c为光速。
(2)中心机房内的时频信号由原子钟提供，作为时间基准，可以通过光纤双向时间比对 等方法实现发射机房和中心机房的时间同步；设中心机房与发射机房两地间的时间差同步误差δ≤αmax，中心机房以自身机房的原子钟提供的时频信号作为时间基准，以设定的时间间隔X接收数据包，当假设某T0时刻由发射机房标定的数据包到达中心机房的时刻为T0+△τ+αmax，下一个标定时刻T0+X时刻的数据包到达中心机房的时刻为T0+△τ+X，为了使得两个数据包不发生串扰，需满足X≥αmax。
(3)光信号由光纤到达信号处理终端后，首先将光信号恢复为数字基带信号，然后完成信号同步头的捕获和跟踪，由此得到信号接收时刻Tr，根据出站分帧号得到信号发射时间Tt，所以传播时延值为△t＝Tr-Tt，从而得到伪距ρ＝c(△t-t′r)。本发明的伪距时延值由于减少了时延不稳定的因素t′r，提高了测距时延稳定性。
基于射频直接采样光纤长距离传输的测距系统及其方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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