基于MXTOS2-200模块的开放式高动态平台设计

卫星数字信号转入并行跟踪通道实现稳定跟踪，提取原始观测数据与导航电文，通过基带内部数据资源进行运算实现导航数据处理，最终得到定位信息并实输入输出控制。BM3013基带芯片基于高速ARM9处理控制单元，通过软件设计实现对系统硬件各个单元的有效控制与数据操作。

本文中的接收机硬件设计，采用了自主研发的具有高动态定位功能的MXTOS2-200接收机模块，电路的射频前端和基带数字处理电路都是具有高性能和高可靠性的电路，这为接收机高动态定位算法研究提供了可靠的硬件电路支持。图3为我所自主研发的接收机模块实物图。　　

 

嵌入式软件及算法设计

导航算法和软件程序是接收机硬件平台的灵魂。高效可靠的软件算法是系统能够有效运行的核心支柱。嵌入式软件程序设计采用基于算法的面向对象的软件设计方法，实现嵌入式环境中无操作系统软件架构，如图4所示。软件设计分为驱动层、数据层、应用层、管理层。驱动层为软件对射频与基带硬件的配置控制，其中包括对射频参数的调整、数据流动的控制、对基带捕获模块及跟踪通道的管理使用，对外围存储、I/O口等设备的驱动管理。管理层控制程序的整体结构，包括软件运行、软件及硬件中断控制响应、应用层协调运行流程调用、运行监控、输入输出控制、异常处理等的运行。数据层为程序运行过程所有数据流的管理与交互，包括数据存储区、内部数据传递、外部数据流入流出等，实现大量导航数据的合理管理与快速通信，提高程序的运行效率节省存储空间。

基于自主研发的MXTOS2-200硬件平台进行了高效可靠的软件算法设计，同时还进行了开放式有效合理设计。基于MXTOS2-200开放式高动态平台设计的软件算法设计主要包括捕获算法设计、跟踪环路算法设计、导航定位算法设计、开放式算法设计等四大部分算法的设计。其设计流程图如图5所示。　　

 

高动态接收机开放式设计思想

随着科学技术的发展，特别是电子技术的发展，导航定位系统中单纯的卫星定位已不足以满足定位的需求和发展，各种组合的导航定位系统使得导航定位的精度和动态范围得到了巨大的提高。以卫星定位为主的组合导航定位系统，差分定位系统，卫星定位和通信结合的系统，正在快速发展，使得卫星系统的功能更多样化，应用也更加的广泛。开放式的高动态接收机正是为满足这种需求而设计和开发的。

开放式的高动态接收机根据其开放的程度，我们将其分为两种形式的开放式接收机：浅开放式接收机和深开放式接收机。浅开放式接收机主要指开放其输出数据的格式和速率。我们可以通过PC机等上位机为接收机，配置其输出定位协议提供给其他系统做组合应用，比如常用的NMEA协议和满足需求二进制协议。同时我们也可以配置其输出不同速率的定位信息以满足不同的需求，数据更新率一般可以从1Hz~50Hz，这样能极大地丰富接收机的用途和灵活性。深开放式接收机主要指将其内部的部分信息开放，使得其应用更加的深入和广泛。在深开放式接收机中我们可以通过配置其环路和捕获方式，以特定的方式开放给用户，使得用做特定的组合开发和配置其适应不同的场景。常见的有我们用于组合导航的开放用环路控制和捕获辅助。

针对上述提出的技术方案，我们已开发出来具有可配置不同输出协议，不同输出速率，不同环路参数和不同捕获策略的接收机，并成功地用于组合导航的开发应用中。

结束语

本文通过硬件平台搭建和算法研究，能够在高动态环境中实现快速的卫星信号捕获和超低捕获灵敏度，实现对-145dbmW能量强度下的捕获功能，并且拥有多模兼容和多星座兼容的功能。目前MXTOS2-200接收机模块已实现常规导航的高性能指标，定位精度小于10米，冷启动时间小于34秒，重捕获时间小于1秒。

本文在针对卫星导航定位基本工作原理的研究上，提出适应于高动态特殊环境的开放式开发方法，并提出了适用于解决不同系统之间组合的方法和思想，从而为进一步研究高动态接收机的实现奠定好的基础。

参考文献:
　　[1梁丹丹，张一，张中兆. 高动态直扩接收机载波跟踪技术研究.电子技术应用[J].2005(9):51-53
　　[2]刘春德; 彭剑书. 一种新的GPS高动态接收机的研究[J],电子技术 2007/Z3
　　[3]张骞丹，田红心. GPS系统多普勒频移估算的研究[J],无线电工程，2007年4期，21～23
　　[4]James Bao—Yen Tsui，Fundamentals of Global Positioning System Receivers A Software Approach[M](Second Edition). Publishing House of Electronics Industry, Beijing,2005