專利名稱：Gnss天線陣列接收機的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及大壩、橋梁、滑坡等大型構(gòu)筑物的自動化變形監(jiān)測領域，尤其涉及 在大型構(gòu)筑物上需要布設許多特征監(jiān)測點的自動化變形監(jiān)測領域。
背景技術(shù)：
GNSS(Global Navigation Satellite Systems)接收機需要和外接的GNSS天線配 合使用。GNSS天線的主要功能是將通過電磁波方式傳播的GNSS信號的能量轉(zhuǎn)換成電壓信 號，GNSS接收機再對相應的電壓信號進行處理，完成相應的定位和導航功能。目前，應用GNSS進行變形監(jiān)測，主要有兩種模式第一種模式是只用幾臺GNSS接 收機，人工定期逐點采集數(shù)據(jù)，通過后處理獲得各期之間的變形，云陽寶塔的GNSS變形監(jiān) 測就屬于這種模式。這種模式的優(yōu)點是簡單經(jīng)濟，GNSS接收機可以與其它工程共享；缺點 是不能連續(xù)監(jiān)測變形，而且還要花費一定的時間進行數(shù)據(jù)后處理，關鍵的數(shù)據(jù)往往需要很 長時間才能得到評估和分析。第二種模式就是在每個監(jiān)測點上都安置一根GNSS天線和一臺GNSS接收機，不間 斷地進行全天候自動監(jiān)測。實例有中國地殼形變監(jiān)測網(wǎng)絡和隔河巖大壩自動監(jiān)測系統(tǒng)。這 種模式能自動連續(xù)地監(jiān)測大壩變形，它的優(yōu)點是大大減輕外業(yè)強度，同時又能夠迅速得到 點位三維坐標。但是在實際應用中，系統(tǒng)的成本是一個很大的問題。精密的測量型GNSS接 收機價格非常高，建立起一個較大型的監(jiān)測系統(tǒng)往往需要天文數(shù)字的預算。隔河巖大壩總 經(jīng)費超過了 600萬元。由于每個變形測點需配備GNSS接收機，單點費用在20萬元以上。這 樣高的投資費用，大大制約了 GNSS在變形監(jiān)測方面的應用。因此需要尋找一種更好的監(jiān)測方案，以克服上述兩種模式中各自的缺點。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以接收多個GNSS天線信號的 GNSS天線陣列接收機，以解決GNSS自動化連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的成本太高和周期進行GNSS觀測 獲得數(shù)據(jù)不夠的問題，從而使得建立低成本高自動化的變形監(jiān)測系統(tǒng)成為可能。本實用新型解決上述技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案一種GNSS天線陣列接收機，其由殼體、天線陣列控制電路板和GNSS-OEM板構(gòu)成； 所述天線陣列控制電路板上設有譯碼芯片U2、射頻芯片U3、繼電器電路和控制電路；所述 控制電路由單片機芯片Ul及其外圍電路組成，其控制譯碼芯片U2和射頻芯片U3實現(xiàn)無干 擾的選通不同GNSS天線，并且將GNSS-OEM板接收的GNSS輸入信號按照指令從一個天線無 干擾的切換到指定的天線；所述的GNSS-OEM板輸出端與天線陣列控制電路板上的接入電 路相連。所述譯碼芯片U2的引腳a、b、c與射頻芯片U3的引腳A、B、C對應相連，又與單片 機芯片Ul的引腳B0、B1、B2對應相連。所述的射頻芯片U3的引腳RFC與GNSS-OEM板信號輸入端相連。
3[0011]所述繼電器電路設有八路電路，每路的電路由一個三極管Q、二極管D、繼電器J組 成；其中三極管Q的基極與單片機芯片Ul的一個引腳通過一個電阻相連；三極管Q的集電 極與繼電器J的線圈負極、二極管D的正極共接，二極管D的負極與繼電器J的線圈正極相 連。所述的單片機芯片Ul的A0-A7等八位輸出引腳與八路繼電器的控制電路相連，控 制繼電器的開啟與關閉，給選通的一路GNSS天線供電。所述的單片機芯片Ul外圍電路還設有看門狗芯片U5，當電壓低于門限時復位單 片機。所述的單片機Ul外圍電路還設有RS232串口通信芯片TO，單片機芯片Ul通過串 口接口芯片TO與外設PC機進行數(shù)據(jù)通訊。所述的天線陣列控制電路板上還設有電壓轉(zhuǎn)換芯片U4,為譯碼芯片U2和射頻芯 片U3提供其工作所需要的-5V電源。本實用新型GNSS天線陣列接收機，可以自動化接收布設在特征點GNSS天線的觀 測數(shù)據(jù)，從而有效的降低工程的硬件成本，結(jié)合自行開發(fā)的天線陣列在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實 現(xiàn)對構(gòu)筑物的進行安全監(jiān)測。本實用新型用GNSS-OEM(Original Equipment Manufacturer)板卡來取代商用的 GNSS接收機，另外其共享單元可以將各個天線接收到GNSS信號傳送到GNSS-OEM板內(nèi)，并生 成標準的Rinex格式輸出到外設設備。一臺GNSS接收機至少要10萬，而OEM板只需幾萬 元，這樣就可以減少成本。通過數(shù)字電路中的單片機，控制其中的繼電電路、譯碼芯片、RF芯 片可以無泄漏并且又相互之間沒有干擾接收不同天線的GNSS信號。串口接口芯片使單片 機和外設PC機進行數(shù)據(jù)通訊，從而可以通過軟件來控制整個設備。這樣一個GNSS-OEM板 可以接收多個天線，與傳統(tǒng)商用GNSS接收機相比，一個區(qū)域監(jiān)測系統(tǒng)可以大大減少了接收 機的數(shù)目，可以大大降低監(jiān)測成本。還有，本實用新型一方面很大程度的優(yōu)化了 GNSS多天 線監(jiān)測系統(tǒng)的性能和兼容性，另一方面又大大地降低了變形監(jiān)測時所需的費用?？傊緦?用新型具有兼容性好，以及制造和監(jiān)測成本低等優(yōu)點。

圖1是GNSS天線陣列接收機的電路方框圖。圖2是GNSS天線陣列接收機的電路原理圖。圖3是GNSS天線陣列接收機的使用示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供的GNSS天線陣列接收機，其殼體內(nèi)裝有天線陣列控制電路板和 GNSS-OEM板，GNSS-OEM板輸出端由導線與天線陣列控制電路板上的接入電路相連。天線 陣列控制電路板，主要功能是按照用戶的設置要求，實時控制GNSS天線設備輸入的無線信 號，從而達到分時接收來自不同監(jiān)測點的GNSS天線傳過來的GNSS信號。GNSS-OEM板由電 纜與電源電路相連。如圖1、圖2所示天線陣列控制電路板上設有譯碼芯片U2、射頻芯片U3、繼電器 電路和控制電路，U3的引腳RFC與GNSS-OEM板信號輸入端相連。[0023]所述射頻芯片U3可以采用HMC138型號的八選一交換芯片，八根GNSS天線分別連 接到射頻芯片U3的RFl至RF8引腳，在譯碼芯片U2的控制下選通其中的一根天線，并將該 天線對應的射頻信號從引腳RFC輸出。所述譯碼芯片U2可采用4053型號的3_8位譯碼芯片，其作用是通過單片機電路 控制，使得射頻芯片可以選通指定的GNSS天線。該譯碼芯片U2的引腳a、b、c與射頻芯片 U3的引腳A、B、C對應相連，又與單片機芯片Ul的引腳B0、Bi、B2對應相連。所述繼電器電路設有八路電路，每路的電路由一個三極管Q、二極管D、繼電器J組 成；其中三極管Q的基極與單片機芯片Ul的一個引腳通過一個電阻相連；三極管Q的集 電極與繼電器J的線圈負極、二極管D的正極共接，二極管D的負極與繼電器J的線圈正極 相連。所述的控制電路由單片機芯片Ul及其外圍電路組成，其控制譯碼芯片U2和射頻 芯片U3實現(xiàn)無干擾的選通不同GNSS天線，并且將GNSS-OEM板接收的GNSS輸入信號按照 指令間隔一定的時間從一個天線無干擾的切換到指定的天線。所述單片機芯片U1，可采用ATMEGA16芯片或其它同類型的芯片，其作用是控制本 實用新型整機電路的運行。單片機芯片Ul的A0-A7等八位輸出引腳與8路繼電器的控制 電路相連，控制繼電器的開啟與關閉，給選通的一路GNSS天線供電。所述的單片機芯片Ul的外圍電路還設有看門狗芯片U5和RS232串口通信芯片 U6。所述看門狗芯片U5可采用MAX706，監(jiān)控設備電壓，當電壓低于門限時復位單片 機。另外GNSS-OEM連接電路給GNSS-OEM板供電，并將其射頻輸入端接入天線陣列數(shù)字電 路射頻芯片的輸出端，來實現(xiàn)同一時間只給一根GNSS天線供電，并且防止GNSS信號泄漏。 U4為為電壓轉(zhuǎn)換芯片，為U2和U3提供其工作所需要的-5V電源。串口接口芯片TO可采用MAX232芯片，其作用是使單片機和PC機可以通訊。使 得通過PC機的串口控制單片機，從而控制整個儀器。所述GNSS-OEM板采用美國NAVCOM公司的NCT-2100型號的產(chǎn)品。其主要功能是 接收天線獲取的衛(wèi)星信號，經(jīng)過變頻、放達、濾波、相關、混頻等一系列處理，可以實現(xiàn)對天 線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量。在獲取了衛(wèi)星的信號和測算出衛(wèi)星信號傳播時間，即可 計算出天線位置。本實用新型通過天線電纜和GNSS天線相連，如果距離超過一百米，信號損失嚴 重，需要加上GNSS信號放大器，這樣才能接收到天線的信號。本實用新型提供的GNSS天線陣列接收機，其額定功率是5W，工作電壓分為9 18V直流電或220V交流電。下面簡述一下本實用新型的作業(yè)過程，其如圖3所示(1)將需要監(jiān)測區(qū)域的特征點布設GNSS天線，如果天線與天線陣列接收機距離比 較遠，需經(jīng)過GNSS信號放大器與接收機相連，這樣才能夠采集到天線的數(shù)據(jù)。(2)將PDA智能手機與GNSS天線陣列接收機相連，可以在現(xiàn)場啟動控制程序?qū)μ?線陣列接收機進行設置，也可以通過GPRS網(wǎng)絡傳輸程序?qū)⑿枰O置的參數(shù)和觀測數(shù)據(jù)文 件傳輸?shù)竭h程的數(shù)據(jù)中心。(3)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務器可以將智能PDA手機傳過來數(shù)據(jù)存入到服務器中，并通過“GNSS天線陣列變形監(jiān)測綜合數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”進行數(shù)據(jù)處理，實時顯示監(jiān)測點的變形。(4)用戶可以通過Intenet網(wǎng)絡登錄網(wǎng)站進行數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)刪除、數(shù) 據(jù)提取、在線數(shù)據(jù)計算、在線瀏覽監(jiān)測點的變形，完全實現(xiàn)用戶的遠程監(jiān)測。用戶可以按照指定的格式通過輸入接口，采用異步串行通信方式與天線陣列接收 機進行通訊，其主要功能是設置接收機的通訊串口、數(shù)據(jù)采樣率、截止高度角、起止天線接 收通道、天線切換時間、各個天線對應的監(jiān)測點名等。天線陣列接收機按照設置的要求輸出 數(shù)據(jù)，并按照規(guī)范的格式生成數(shù)據(jù)文件。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求一種GNSS天線陣列接收機，其特征是其由殼體、天線陣列控制電路板和GNSS OEM板構(gòu)成；所述天線陣列控制電路板上設有譯碼芯片(U2)、射頻芯片(U3)、繼電器電路和控制電路；所述控制電路由單片機芯片(U1)及其外圍電路組成，其控制譯碼芯片(U2)和射頻芯片(U3)實現(xiàn)無干擾的選通不同GNSS天線，并且將GNSS OEM板接收的GNSS輸入信號按照指令從一個天線無干擾的切換到指定的天線；所述的GNSS OEM板輸出端與天線陣列控制電路板上的接入電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GNSS天線陣列接收機，其特征在于所述譯碼芯片(U2)的引 腳(a、b、c)與射頻芯片(U3)的引腳(A、B、C)對應相連，又與單片機芯片(Ul)的引腳(B0、 B1、B2)對應相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GNSS天線陣列接收機，其特征是所述的射頻芯片(U3) 的引腳RFC與GNSS-OEM板信號輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GNSS天線陣列接收機，其特征在于所述繼電器電路設 有八路電路，每路的電路由一個三極管(Q)、二極管(D)、繼電器(J)組成；其中三極管(Q) 的基極與單片機芯片(Ul)的一個引腳通過一個電阻相連；三極管(Q)的集電極與繼電器 (J)的線圈負極、二極管(D)的正極共接，二極管(D)的負極與繼電器(J)的線圈正極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GNSS天線陣列接收機，其特征在于所述的單片機芯片 (Ul)的八位輸出引腳(AO A7)與八路繼電器的控制電路相連，控制繼電器的開啟與關閉， 給選通的一路GNSS天線供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GNSS天線陣列接收機，其特征是所述的單片機芯片 (Ul)外圍電路還設有看門狗芯片⑴5)，當電壓低于門限時復位單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GNSS天線陣列接收機，其特征是所述的單片機芯片 (Ul)外圍電路還設有RS232串口通信芯片⑴6)，單片機芯片(Ul)通過串口接口芯片(U6) 與外設PC機進行數(shù)據(jù)通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GNSS天線陣列接收機，其特征是所述的天線陣列控制 電路板上還設有電壓轉(zhuǎn)換芯片(U4)，為譯碼芯片(U2)和射頻芯片(U3)提供其工作所需要 的-5V電源。
專利摘要本實用新型公開了一種GNSS天線陣列接收機，其殼體內(nèi)裝有天線陣列控制電路板和GNSS-OEM板，GN SS-OEM板輸出端由導線與天線陣列控制電路板上的接入電路相連；天線陣列控制電路板上設有譯碼芯片U2、射頻芯片U3、繼電器電路和控制電路，U3的引腳RFC與GNSS-OEM板信號輸入端相連；所述譯碼芯片U2通過控制電路使得射頻芯片可以選通指定的GNSS天線；所述的控制電路由單片機芯片U1及其外圍電路組成，其控制譯碼芯片U2和射頻芯片U3實現(xiàn)無干擾的選通不同GNSS天線，并且將GNSS-OEM板接收的GNSS輸入信號按照指令間隔一定的時間從一個天線無干擾的切換到指定的天線。本實用新型具有兼容性好，以及制造和監(jiān)測成本低等優(yōu)點。
文檔編號G01S19/13GK201707441SQ201020251850
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者向東, 張旻, 張鵬, 李勇, 李琴, 王銅, 羅刊, 花向紅, 邱衛(wèi)寧, 鄒進貴 申請人:武漢大學