СПУТНИКОВЫЙ НАВИГАЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК

Полезная модель относится к спутниковым навигационным приемникам (СНП) которая может найти широкое применение для приема спутниковых навигационных данных от двух спутниковых навигационных систем 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 отсутствие возможности подключения современных внешних устройств (персональные компьютеры, мобильны навигационные терминалы и т.п.) по шине USB (Universal Serial Bus).
Известен ГЛОНАСС/GPS приемник, описанный в журнале «Электроника: Наука, Технология, Бизнес», №3 за 2004 г., в статье Игоря Корнеева и Олега Лагутина «Навигационный приемник TFAG50». ГЛОНАСС/GPS приемник состоит из следующих компонентов: аналоговой части, цифровой части и порта ввода-вывода. Данный СНП TFAG50 выберем за прототип.
Однако этот СНП TFAG50 имеет недостаток - у него нет возможности подключения внешних устройств через шину USB и как следствие - низкая надежность.
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели, является повышение надежности при подключении внешних устройств через шину USB за счет введения микроконтроллера, порта ввода-вывода и контроллера USB, перераспределения функций между элементами СНП.
Технический результат достигается за счет того, что спутниковый навигационный приемник, содержащий стабилизатор электропитания на 3,3 вольт, ГЛОНАСС/GPS приемник, выполненный с возможностью одновременной работы с глобальной навигационной спутниковой системой России (ГЛОНАСС) и глобальной системой позиционирования США (Global Positioning System - GPS), преобразователь уровня RS-232, предназначенный для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232, разъем подключения ГЛОНАСС/GPS антенны, первый порт ввода-вывода, предназначенный для подключения внешних устройств, второй порт ввода-вывода, предназначенный для коммутации с внешними исполнительными устройствами, дополнительно содержит микроконтроллер, предназначенный для измерения и обработки цифровых и аналоговых сигналов, третий порт ввода-вывода, предназначенный для программирования микроконтроллера, контроллер шины USB (Universal Serial Bus), предназначенный для подключения дополнительных периферийных устройств, четвертый порт ввода-вывода, предназначенный для передачи данных для средне- и низкоскоростных периферийных устройств и для подачи питания к периферийному устройству (напряжение+5 вольт), пятый порт ввода-вывода, предназначенный для подачи электропитания, при этом первый вход ГЛОНАСС/GPS приемника соединен с первым выходом разъема подключения ГЛОНАСС/GPS антенны, второй вход ГЛОНАСС/GPS приемника соединен с первым входом микроконтроллера и первым входом преобразователя уровня RS-232, и первым входом контроллера USB, второй выход микроконтроллера
соединен со вторым входом преобразователя уровня RS-232 и вторым входом контроллера USB, при этом шестой вход микроконтроллера соединен с третьим входом ГЛОНАСС/GPS приемника и третьим входом преобразователя уровня RS-232, и первым входом второго порта ввода-вывода, и вторым выходом стабилизатора электропитания 3, 3 вольта, и четвертым входом контроллера USB, третий вход-выход упомянутого контроллера USB соединен с первым входом-выходом четвертого порта ввода-вывода, второй выход которого соединен с первым выходом пятого порта ввода-вывода и первым входом стабилизатора электропитания 3,3 вольта, при этом третий вход микроконтроллера соединен со вторым входом второго порта ввода-вывода, четвертый выход микроконтроллера соединен с первым входом третьего порта ввода-вывода, пятый выход упомянутого микроконтроллера соединен со вторым выходом третьего порта ввода-вывода, второй выход которого предназначен для передачи аналоговых данных, третий выход третьего порта ввода-вывода предназначен для передачи цифровых данных и соединен с пятым входом микроконтроллера, четвертый вход-выход упомянутого преобразователя уровня RS-232 соединен с первым входом-выходом первого порта ввода-вывода.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующим чертежом: фиг.1, на которой показана структурная схема СНП.
Рассмотрим структуру и работу СНП.
Как видно из чертежа фиг.1, СНП 1, содержит разъем подключения ГЛОНАСС/GPS антенны 2, к которому подключается совмещенная ГЛОНАСС/GPS антенна 13 и ГЛОНАСС/GPS приемник 3, который соединен с микроконтроллером 4, а он соединен с третьим портом ввода-вывода 6.
Микроконтроллер 4 соединен с преобразователем уровня RS-232 5 и вторым портом ввода-вывода 8, кроме того, микроконтроллер 4 соединен с контроллером USB 12.
Как видно из чертежа фиг.1, СНП 1 содержит стабилизатор электропитания на 3,3 вольта 11, выход которого одновременно связан с преобразователем уровня RS-232 - 5 и вторым портом ввода-вывода 8, и микроконтроллером 4, и ГЛОНАСС/GPS приемником 3, и контроллером USB 12, и пятым портом ввода-вывода 10. Четвертый порт ввода-вывода 9 соединен с контроллером USB 12.
Заявленный СНП 1 работает следующим образом.
Сигналы от двух СНС ГЛОНАСС (Россия) и GPS(США) (на чертеже не показано) непрерывно поступают на совмещенную ГЛОНАСС/GPS антенну 13, далее через разъем подключения антенны 2 они передаются в ГЛОНАСС/GPS приемник 3.
Здесь необходимо отметить, что совмещенный ГЛОНАСС/GPS приемник 3 состоит из аналоговой и цифровой части (на чертеже не показано). Совмещенный ГЛОНАСС/GPS приемник 3 предназначен для приема сигналов спутниковых систем навигации ГЛОНАСС (частотные литеры - от -7 до+12, сигнал стандартной точности) и GPS (сигнал С/А). В аналоговой части (RF Front End - FE) ГЛОНАСС/GPS приемника 3 (на чертеже не показано) производится фильтрация и усиление входных сигналов, а также их оцифровка. Аналоговая часть ГЛОНАСС/GPS приемника 3 (на чертеже не показано) построена по схеме супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты. Частоты гетеродинов формируются из частоты опорного кварцевого генератора методом косвенного синтеза (на чертеже не показано) с использованием петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Выходные сигналы аналоговой части ГЛОНАСС/GPS приемника 3 (на чертеже не показано) - это бинарные отсчеты сигналов второй промежуточной частоты (ПЧ) ГЛОНАСС и GPS, сигнал тактовой частоты 61 МГц, сигнал индикации захвата ФАПЧ.
В цифровой части ГЛОНАСС/GPS приемника 3 (на чертеже не показано) производится дальнейшая (аппаратная и программная) цифровая
обработка сигналов. В состав цифровой части ГЛОНАСС/GPS приемника 3 (на чертеже не показано) входят сверхбольшая интегральная схема (СБИС) "16-канальный коррелятор", процессор, память (FLASH ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
Необходимо отметить, что входящая в состав цифровой части ГЛОНАСС/GPS приемника 3 (на чертеже не показано) СБИС "16-канальный коррелятор" имеет рабочую тактовую частоту 30,5 МГц и содержит 16 корреляционных каналов; сдвоенный приемопередатчик (DUART) типа RS-232 с FIFO объемом 16х8 бит; формирователь секундной метки времени 1PPS; часы реального времени (RTC), а также формирователи сигнала прерывания INT1 и шкалы времени (на чертеже не показаны).
Принятые данные ГЛОНАСС/GPS приемник 3 передает в микроконтроллер 4, который анализирует полученные координаты геодезических пунктов. Микроконтроллер 4 может выполнять операцию по изменению данных на заданную величину среднеквадратичного отклонения координат. Микроконтроллер 4 имеет возможность шифрования координат геодезических пунктов полученных от ГЛОНАСС/GPS приемника 3.
СНП 1 имеет возможность подключения различных датчиков и устройств (на чертеже не показано), которые могут быть подключены к портам ввода-вывода 6, 7, 8, 9, 10.
При наступлении события от датчиков подключенных ко второму порту ввода-вывода 2 (на чертеже не показано), сигнал поступает в преобразователь уровня RS-232 - 5 и далее в микроконтроллер 4, где происходит аутентификация (установление подлинности) события и принятие решений на отправку сообщения (на основе алгоритмов записанных в память микроконтроллера 4) (на чертеже не показано).
Первый порт ввода-вывода 1, предназначен для коммутации с внешними устройствами (на чертеже не показано), которые имеют разъем
RS-232. Преобразователь уровня RS-232 - 5, предназначен для преобразования логических уровней в уровни интерфейса RS-232.
Второй порт ввода-вывода 2, предназначен для коммутации с внешними исполнительными устройствами и датчиками (на чертеже не показано). Третий порт ввода-вывода 6, предназначен для программирования микроконтроллера 4 при помощи программатора или компьютера (на чертеже не показано), один выход порта ввода-вывода 6 аналоговый а другой - цифровой. Четвертый порт ввода-вывода 9 предназначен для передачи данных для средне- и низкоскоростных периферийных устройств (на чертеже не показано) и для подачи питания к периферийному устройству (напряжение +5 вольт - на чертеже не показано) через шину USB.
Напряжение для электропитания СНП 1 подается на стабилизатор электропитания 3,3 вольта 11, через которое происходит электропитание всех элементов устройства: преобразователя уровня RS-232 5, микроконтроллера 4, ГЛОНАСС/GPS приемника 3, контроллера USB 12. Электропитание СНП 1 может осуществляться от батареи электропитания, в качестве которой может выступать аккумуляторная батарея (на чертеже не показано), или внешнего источника, подключенного к порту внешнего электропитания, который находится в пятом порте ввода - вывода 10.
Впервые в СНП 1 был использован микроконтроллер 4 в сочетании с контроллером USB 12 и порт ввода-вывода 9 для подключения внешних устройств, таким путем решая задачу полезной модели: повышение надежности при подключении внешних устройств через шину USB.
Изготовление мобильного терминала связи 1, изображенного на фиг.1, осуществляют из типовых радиоэлектронных компонентов (РЭК).
РЭК могут быть: совмещенный СНП ГЛОНАСС/GPS приемник 3, например, СНП TFAG50 ФГУП НИИМА "ПРОГРЕСС", микроконтроллер 4, например, MEGA AVR ATMEGA 128L-8AU компании ATMEL.
Преобразователь уровня RS-232 - 12, например, на основе МАХ 3232ESE. Стабилизатор электропитания на 3,3 В - 11 - TPS76833QD. Остальные элементы - типовые РЭК широко используемые в промышленности.
Опытные образцы СНП 1 изготовлены. Испытания показали, что они соответствует тем требованиям, которые предъявляются к средствам измерений GPS/ГЛОНАСС приемников.