ДВУХСИСТЕМНЫЙ РАДИОЧАСТОТНЫЙ БЛОК СПУТНИКОВОГО НАВИГАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ПО ТЕХНОЛОГИИ "СИСТЕМА В КОРПУСЕ"

Полезная модель относится к двухсистемным радиочастотным блокам спутниковых навигационных приемников (СНП), которые могут найти широкое применение для приема навигационных сигналов от двух спутниковых навигационных систем (СНС): глобальной навигационной системы ГЛОНАСС (Россия) и GPS (Global Positioning System) (США).
Большая часть СНП конструктивно представляет собой набор последовательно соединенных блоков: блок радиочастотного тракта, блок цифрового тракта, разъем подключения ГЛОНАСС/GPS антенны и порт ввода-вывода.
Из уровня техники известно и описано, например, в книге Ю.А.Соловьева "Спутниковая навигация и ее приложения ", М.: Эко-Трендз, 2003, стр.311-319, СНП, которые работают в двух СНС ГЛОНАСС и GPS. Недостатком описанных СНП ГЛОНАСС/GPS является большие габариты и низкая надежность при производстве и как следствие, невозможность применения в переносных (мобильных) устройствах (сотовых телефонах, смартфонах, портативных переносных компьютерах и т.п.).
Известен двухсистемный радиочастотный блок СНП, описанный в журнале «Электроника: Наука, Технология, Бизнес», №3 за 2004 г., стр.18-20, в статье Игоря Корнеева и Олега Лагутина «Навигационный приемник TFAG50». Двухсистемный радиочастотный блок СНП имеет возможность работы в двух навигационных системах ГЛОНАСС и GPS. Блок состоит из следующих компонентов: малошумящий усилитель (МШУ), два смесителя, два усилителя промежуточной частоты (УПЧ) с
системой АРУ для сигналов СНС GPS и СНС ГЛОНАСС, активные фильтры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), генератор управляемый напряжением (ГУН) с системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и опорным генератором, полосового фильтра 1570-1610 МГц, ПАВ фильтра ГЛОНАСС и ПАВ фильтра GPS. Данный блок выберем за прототип.
Однако данный двухсистемный радиочастотный блок СНП имеет недостаток: у него слишком большие габариты 45 мм × 27 мм, низкая надежность (до 10% брака) при промышленном выпуске из-за большого числа радиоэлектронных компонентов (РЭК).
Известен радиочастотный блок СНП, описанный на сайте компании MAXIM - http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3910.
Радиочастотный блок СНП MAXIM2769 выполнен в виде интегральной схемы (ИС) и имеет возможность работы в спутниковых навигационных системах ГЛОНАСС (Россия), GPS (США) и Galileo (Евросоюз). Недостаток описанного блока MAXIM2769 в том, что он не может одновременно работать в двух навигационных системах ГЛОНАСС и GPS.
Требования миниатюризации при возрастающем уровне сложности микросхем выводят сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) типа «система в корпусе» или, по международной терминологии, «System in Package» (SiP) на передовые позиции полупроводниковых разработок. Данные схемы осуществляют системное функционирование нескольких кристаллов внутри одного корпуса. Кристаллы располагаются на одном уровне или один над другим, дополняются пассивными или иными необходимыми компонентами и образовывают целые интегрированные модули в одном корпусе, осуществляющие полноценное функционирование конечного продукта, например, двухсистемного радиочастотного блока СНП ГЛОНАСС/GPS.
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели, является уменьшение габаритов и повышение надежности за счет интегральной схемы (ИС) изготовленной по технологии "система в корпусе" в составе которой используется три контактные площадки, разветвитель сигналов и две микросхемы радиочастотных блоков ГЛОНАСС и GPS, перераспределения функций между элементами блока.
Технический результат достигается за счет того, что двухсистемный радиочастотный блок спутникового навигационного приемника (СНП) изготовленный по технологии "система в корпусе", выполненный с возможностью одновременной работы с глобальной навигационной спутниковой системой России (ГЛОНАСС) и глобальной системой позиционирования США (Global Positioning System - GPS), содержит первую контактную площадку, предназначенную для подключения антенного разъема или малошумящего усилителя к разветвителю сигналов, радиочастотный блок ГЛОНАСС, выполненный в виде интегральной схемы (ИС), предназначенный для усиления, аналого-цифрового преобразования и фильтрации сигналов от спутниковых навигационных систем (СНС) ГЛОНАСС, радиочастотный блок GPS, выполненный в виде ИС, предназначенный для усиления, аналого-цифрового преобразования и фильтрации сигналов от СНС GPS, вторую и третью контактные площадки, предназначенные для подключения радиочастотных блоков ГЛОНАСС и GPS к входам цифрового процессора или N-канального коррелятора, разветвитель сигналов, предназначенный для разветвления спутниковых навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS, при этом первый вход первой контактной площадки соединен с выходом антенного разъема, предназначенного для подключения совмещенной ГЛОНАСС/GPS антенны или выходом малошумящего усилителя, предназначенного для усиления сигналов ГЛОНАСС и GPS, второй выход первой контактной площадки соединен с первым входом разветвителя сигналов, второй выход которого
соединен с первым входом радиочастотного блока ГЛОНАСС, выполненного в виде ИС, второй выход которого соединен с первым входом второй контактной площадки, второй выход которой соединен с первым входом цифрового процессора или N-канального коррелятора, при этом третий выход разветвителя сигналов соединен с первым входом радиочастотного блока GPS, выполненного в виде ИС, второй выход которого соединен с первым входом третей контактной площадки, второй выход которой соединен со вторым входом цифрового процессора или N-канального коррелятора, предназначенного для измерения навигационных сигналов ГЛОНАСС и GPS, решения навигационной задачи.
В частном варианте двухсистемный радиочастотный блок спутникового навигационного приемника (СНП) изготовленный по технологии "система в корпусе" содержит радиочастотные блоки ГЛОНАСС и GPS выполнение на основе ИС МАХ2769 компании MAXIM, а разветвитель сигналов выполнен на основе ИС PD16-73LF компании SKYWORKS.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующим чертежом: фиг.1, на которой показана структурная схема двухсистемного радиочастотного блока СНП изготовленного по технологии "система в корпусе".
Рассмотрим структуру и работу блока.
Как видно из чертежа фиг.1, ИС типа «система в корпусе» 1, содержит первую контактную площадку 4, к входу которой подключается антенный разъем 3, предназначенный для подключения ГЛОНАСС/GPS антенны 2 или малошумящего усилителя (на чертеже не показано). К выходу первой контактной площадки 4 подключается разветвитель сигналов 5, который предназначен для разделения сигналов от двух СНС ГЛОНАСС и GPS 11. Разветвитель сигналов 5 соединен с радиочастотным блоком ГЛОНАСС 6 и радиочастотным блоком GPS 7. Радиочастотный блок ГЛОНАСС 6 соединен со второй контактной площадкой 8, которая
соединена с первым входом процессора или N-канального коррелятора 10. Радиочастотный блок GPS 7 соединен с третей контактной площадкой 9, которая соединена со вторым входом процессора или N-канального коррелятора 10.
Двухсистемный радиочастотный блок 1 СНП изготовленный по технологии "система в корпусе" 1 работает следующим образом.
Сигналы от двух СНС ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) 11 непрерывно поступают на совмещенную ГЛОНАСС/GPS антенну 2, далее через антенный разъем 3 сигналы поступают на контактную площадку 4, к которой подключен разветвитель сигналов 5.
Здесь необходимо отметить, что к первой контактной площадке 4 может быть подключен малошумящий усилитель (на чертеже не показано), который предназначен для усиления ГЛОНАСС и GPS сигналов 11.
Радиочастотный блок ГЛОНАСС 6 предназначен для приема сигналов СНС ГЛОНАСС (частотные литеры - от -7 до +12, сигнал стандартной точности). Радиочастотный блок GPS 7 предназначен для приема сигналов GPS (сигнал С/А). В радиочастотном блоке ГЛОНАСС 6 производится фильтрация и усиление входных сигналов ГЛОНАСС, а также их оцифровка (на чертеже не показано). ИС 6 построена по схеме супергетеродинного приемника (на чертеже не показано) с двойным преобразованием частоты. Частоты гетеродинов радиочастотного блока ГЛОНАСС 6 формируются из частоты опорного кварцевого генератора, который подключен к блоку 6 (на чертеже не показано). Выходные сигналы радиочастотного блока ГЛОНАСС 6 (на чертеже не показано) - это бинарные отсчеты сигналов второй промежуточной частоты (ПЧ) СНС ГЛОНАСС.
В радиочастотном блоке GPS 7 производится фильтрация и усиление входных сигналов GPS, а также их оцифровка (на чертеже не показано). Частоты гетеродинов радиочастотного блока GPS 7 формируются
из частоты опорного кварцевого генератора, который подключен к блоку 7 (на чертеже не показано). Выходные сигналы радиочастотного блока GPS 7 (на чертеже не показано) - это бинарные отсчеты сигналов второй промежуточной частоты (ПЧ) СНС GPS.
Радиочастотный блок ГЛОНАСС 6 соединен со второй контактной площадкой 8, к которой подключен процессор или N-канальный коррелятор 10. Радиочастотный блок GPS 7 соединен с третей контактной площадкой 9, к которой подключен процессор или N-канальный коррелятор 10. В процессоре или N-канальном корреляторе 10 (на чертеже не показано) производится дальнейшая (аппаратная и программная) цифровая обработка ГЛОНАСС и GPS сигналов. В состав процессора 10 (на чертеже не показано) может входить N-канальный коррелятор, память, оперативное запоминающее устройство.
Принятые данные от двух СНС ГЛОНАСС и GPS 11 поступают в процессор или N-канальный коррелятор 10, который анализирует полученные координаты геодезических пунктов. Координаты геодезических пунктов передаются в порт ввода-вывода (на чертеже не показано) СНП.
Впервые в двухсистемном радиочастотном блоке 1 была использована ИС разветвителя сигналов 5, ИС радиочастотных блоков ГЛОНАСС 6 и GPS 7 для одновременного приема спутниковых навигационных сигналов от двух СНС ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США), тем самым решая задачу полезной модели: уменьшение габаритов и повышение надежности за счет одной интегральной схемы (ИС) 1 изготовленной по технологии "система в корпусе"
Так, например, размер двухсистемного радиочастотного блока 1 СНП изготовленного по технологии "система в корпусе", примерно равен 22 мм × 12 мм, что в два раза меньше прототипа. Надежность выпуска блоков 1 выполненных по технологии "система в корпусе" составляет 98% (брак 2%).
В частном варианте, двухсистемный радиочастотный блок 1 изготовленный по технологии "система в корпусе" содержит радиочастотные блоки ГЛОНАСС и GPS выполненные на основе ИС МАХ2769 компании MAXIM, а разветвитель сигналов выполнен на основе ИС PD16-73LF компании SKYWORKS.
Опытный образец ИС двухсистемного радиочастотного блока 1 был изготовлен по технологии "система в корпусе". Испытания показали, что он соответствует тем требованиям, которые предъявляются к требованиям средств измерений СНП ГЛОНАСС/GPS.