北斗RNSS/RDSS多模手持终端设计与实现

1 硬件部分

1.1 RNSS/RDSS模块部分

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统中，RNSS指无源定位系统，RDSS指有源定位系统。

RNSS模块采用国腾公司的1010B模块。模块参数和性能如下：能够同时支持北斗二代 B1、GPS L1两个频点，采用SMD紧凑封装，尺寸大小为10mm*10mm，具有捕获灵敏度：-148dBm，跟踪灵敏度：-165dBm，定位精度3m。供电电压3.3V，平均功耗不大于40mW。通信协议为NMEA 0183，串口(UART)通信。

北斗RDSS模块采用公司自研的GY003A模块。模块参数和性能如下：支持北斗短报文收发。接收频率2491.75 MHz，发射频率1615.68 MHz。采用铝制模块封装，尺寸大小为50mm*45mm*13.5mm，具有接收灵敏度-127.6 dBm,发射功率5W。供电电压5V，待机功耗0.8W。通信协议为《北斗用户机数据接口协议4.0版》。

多模天线参数如下：天线尺寸为18mm*45mm*8mm，驻波比小于1.5，输入阻抗 50欧姆，接头形式为MCX-K。

1.2 微控制器控制部分

主芯片采用ST公司的STM32F103C8T6微控制器，该微控制器内核为ARM 32-bit Cortex™-M3、72MHz主频、内部128KFLASH、20K RAM、LQFP48封装、12位ADC、3个串口、27个I/O口。

1.3 电源部分

锂电池充电电路中，锂电池工作电压为7.4V-8.4V，锂电池充电电路采用凌特公司的LTC4002EDD-8.4芯片。

RDSS模块工作电压为5V，最大工作电流为3.5A。供电方案选择为凌特公司的LTC3633EUFD#PBF，QFN28封装。该芯片为两路DC/DC，供电电压为3.6V-15V，输出电压主要为12V和5V(电压可调)，转换效率最大到95%。由于系统工作电流超出芯片单路最大电流，本方案采用两路合并措施，反馈电路采用同一路反馈电路，调制频率采用固定模式2MHz。

1.4 PCB设计部分

板卡设计为4层，上层放置芯片元器件，底层放置RDSS模块和锂电池。中间两层为电源层和地层。PCB板分为4部分，第一部分为充电电路部分，第二部分为RDSS模块供电部分，第三部分为微控制器供电部分，第四部分为主控电路部分。RDSS模块功率大，地层网络和其他地层分开布线，最后用磁珠相连。微控制器晶振电路采用特殊包地处理，防止外部尖峰电压影响时钟。RNSS模块射频电路采用50欧姆匹配阻抗控制，信号线外围用地包围控制，防止外部干扰。RDSS供电电路采用大面积覆铜处理，地连接处，密集打过孔，使地连接良好。

RDSS模块供电芯片LTC3633PCB设计时，将电感靠近芯片，去耦电容也靠近芯片，芯片下方的地打过孔，使其接地良好。电源走线采用SHAPE方式。如图1所示。

2 软件部分

2.1 嵌入式系统UCOS介绍

μC/OS-II是一种可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务操作系统内核。它被广泛应用于微处理器、微控制器和数字信号处理器。

2.2 硬件初始化介绍

硬件初始化顺序为：(1).时钟初始化。(2).AD初始化 (3).串口初始化 (4).IO口初始化。

2.3 程序设计流程介绍

系统上电后，先进行硬件初始化，然后操作系统初始化。系统工作分为3个任务，分别为按键任务，串口通信任务，电池电量采集任务。如图2所示。

3 结构部分

本设备包含3个指示灯，放置于设备右侧中部，开机按键放于右侧上部，一键报警按键放于灯下部，按键陷于外壳中，防止按键误碰，设备背部放置拉带便于携带，前部中间放置IC卡，外部加固定挡板。设备上下部放置卡壳，用于GYT2002A终端固定。

4 测试情况与性能指标

4.1 终端测试情况

1)板卡测试：

2)整机测试：

4.2 性能指标

(1)北斗RDSS短报文通信指标：

接收灵敏度：

误码率：≤1×10-5(方位角0°～180°，仰角20°～49°，接收信号电平≤-154.6dBW)

误码率：≤1×10-5(方位角0°～180°，仰角50°～90°接收信号电平≤-157.6dBW)

发射信号功率：5W

首次捕获时间：≤2s

失锁重捕时间：≤1s

(2)GPS/BD2

捕获时间：

冷启动时间(混合定位模式)：≤32秒

热启动时间：≤1秒

重捕时间：≤1秒

接收通道数：≥99

定位精度:

水平≤10米(RMS)

定位数据输出频度：1Hz

时间精度：小于1秒