专利名称：Gnss天线阵列接收机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大坝、桥梁、滑坡等大型构筑物的自动化变形监测领域，尤其涉及 在大型构筑物上需要布设许多特征监测点的自动化变形监测领域。
背景技术：
GNSS(Global Navigation Satellite Systems)接收机需要和外接的GNSS天线配 合使用。GNSS天线的主要功能是将通过电磁波方式传播的GNSS信号的能量转换成电压信 号，GNSS接收机再对相应的电压信号进行处理，完成相应的定位和导航功能。目前，应用GNSS进行变形监测，主要有两种模式第一种模式是只用几台GNSS接 收机，人工定期逐点采集数据，通过后处理获得各期之间的变形，云阳宝塔的GNSS变形监 测就属于这种模式。这种模式的优点是简单经济，GNSS接收机可以与其它工程共享；缺点 是不能连续监测变形，而且还要花费一定的时间进行数据后处理，关键的数据往往需要很 长时间才能得到评估和分析。第二种模式就是在每个监测点上都安置一根GNSS天线和一台GNSS接收机，不间 断地进行全天候自动监测。实例有中国地壳形变监测网络和隔河岩大坝自动监测系统。这 种模式能自动连续地监测大坝变形，它的优点是大大减轻外业强度，同时又能够迅速得到 点位三维坐标。但是在实际应用中，系统的成本是一个很大的问题。精密的测量型GNSS接 收机价格非常高，建立起一个较大型的监测系统往往需要天文数字的预算。隔河岩大坝总 经费超过了 600万元。由于每个变形测点需配备GNSS接收机，单点费用在20万元以上。这 样高的投资费用，大大制约了 GNSS在变形监测方面的应用。因此需要寻找一种更好的监测方案，以克服上述两种模式中各自的缺点。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以接收多个GNSS天线信号的 GNSS天线阵列接收机，以解决GNSS自动化连续监测系统的成本太高和周期进行GNSS观测 获得数据不够的问题，从而使得建立低成本高自动化的变形监测系统成为可能。本实用新型解决上述技术问题采用以下的技术方案一种GNSS天线阵列接收机，其由壳体、天线阵列控制电路板和GNSS-OEM板构成； 所述天线阵列控制电路板上设有译码芯片U2、射频芯片U3、继电器电路和控制电路；所述 控制电路由单片机芯片Ul及其外围电路组成，其控制译码芯片U2和射频芯片U3实现无干 扰的选通不同GNSS天线，并且将GNSS-OEM板接收的GNSS输入信号按照指令从一个天线无 干扰的切换到指定的天线；所述的GNSS-OEM板输出端与天线阵列控制电路板上的接入电 路相连。所述译码芯片U2的引脚a、b、c与射频芯片U3的引脚A、B、C对应相连，又与单片 机芯片Ul的引脚B0、B1、B2对应相连。所述的射频芯片U3的引脚RFC与GNSS-OEM板信号输入端相连。
3[0011]所述继电器电路设有八路电路，每路的电路由一个三极管Q、二极管D、继电器J组 成；其中三极管Q的基极与单片机芯片Ul的一个引脚通过一个电阻相连；三极管Q的集电 极与继电器J的线圈负极、二极管D的正极共接，二极管D的负极与继电器J的线圈正极相 连。所述的单片机芯片Ul的A0-A7等八位输出引脚与八路继电器的控制电路相连，控 制继电器的开启与关闭，给选通的一路GNSS天线供电。所述的单片机芯片Ul外围电路还设有看门狗芯片U5，当电压低于门限时复位单 片机。所述的单片机Ul外围电路还设有RS232串口通信芯片TO，单片机芯片Ul通过串 口接口芯片TO与外设PC机进行数据通讯。所述的天线阵列控制电路板上还设有电压转换芯片U4,为译码芯片U2和射频芯 片U3提供其工作所需要的-5V电源。本实用新型GNSS天线阵列接收机，可以自动化接收布设在特征点GNSS天线的观 测数据，从而有效的降低工程的硬件成本，结合自行开发的天线阵列在线监测系统可以实 现对构筑物的进行安全监测。本实用新型用GNSS-OEM(Original Equipment Manufacturer)板卡来取代商用的 GNSS接收机，另外其共享单元可以将各个天线接收到GNSS信号传送到GNSS-OEM板内，并生 成标准的Rinex格式输出到外设设备。一台GNSS接收机至少要10万，而OEM板只需几万 元，这样就可以减少成本。通过数字电路中的单片机，控制其中的继电电路、译码芯片、RF芯 片可以无泄漏并且又相互之间没有干扰接收不同天线的GNSS信号。串口接口芯片使单片 机和外设PC机进行数据通讯，从而可以通过软件来控制整个设备。这样一个GNSS-OEM板 可以接收多个天线，与传统商用GNSS接收机相比，一个区域监测系统可以大大减少了接收 机的数目，可以大大降低监测成本。还有，本实用新型一方面很大程度的优化了 GNSS多天 线监测系统的性能和兼容性，另一方面又大大地降低了变形监测时所需的费用。总之，本实 用新型具有兼容性好，以及制造和监测成本低等优点。

图1是GNSS天线阵列接收机的电路方框图。图2是GNSS天线阵列接收机的电路原理图。图3是GNSS天线阵列接收机的使用示意图。
具体实施方式
本实用新型提供的GNSS天线阵列接收机，其壳体内装有天线阵列控制电路板和 GNSS-OEM板，GNSS-OEM板输出端由导线与天线阵列控制电路板上的接入电路相连。天线 阵列控制电路板，主要功能是按照用户的设置要求，实时控制GNSS天线设备输入的无线信 号，从而达到分时接收来自不同监测点的GNSS天线传过来的GNSS信号。GNSS-OEM板由电 缆与电源电路相连。如图1、图2所示天线阵列控制电路板上设有译码芯片U2、射频芯片U3、继电器 电路和控制电路，U3的引脚RFC与GNSS-OEM板信号输入端相连。[0023]所述射频芯片U3可以采用HMC138型号的八选一交换芯片，八根GNSS天线分别连 接到射频芯片U3的RFl至RF8引脚，在译码芯片U2的控制下选通其中的一根天线，并将该 天线对应的射频信号从引脚RFC输出。所述译码芯片U2可采用4053型号的3_8位译码芯片，其作用是通过单片机电路 控制，使得射频芯片可以选通指定的GNSS天线。该译码芯片U2的引脚a、b、c与射频芯片 U3的引脚A、B、C对应相连，又与单片机芯片Ul的引脚B0、Bi、B2对应相连。所述继电器电路设有八路电路，每路的电路由一个三极管Q、二极管D、继电器J组 成；其中三极管Q的基极与单片机芯片Ul的一个引脚通过一个电阻相连；三极管Q的集 电极与继电器J的线圈负极、二极管D的正极共接，二极管D的负极与继电器J的线圈正极 相连。所述的控制电路由单片机芯片Ul及其外围电路组成，其控制译码芯片U2和射频 芯片U3实现无干扰的选通不同GNSS天线，并且将GNSS-OEM板接收的GNSS输入信号按照 指令间隔一定的时间从一个天线无干扰的切换到指定的天线。所述单片机芯片U1，可采用ATMEGA16芯片或其它同类型的芯片，其作用是控制本 实用新型整机电路的运行。单片机芯片Ul的A0-A7等八位输出引脚与8路继电器的控制 电路相连，控制继电器的开启与关闭，给选通的一路GNSS天线供电。所述的单片机芯片Ul的外围电路还设有看门狗芯片U5和RS232串口通信芯片 U6。所述看门狗芯片U5可采用MAX706，监控设备电压，当电压低于门限时复位单片 机。另外GNSS-OEM连接电路给GNSS-OEM板供电，并将其射频输入端接入天线阵列数字电 路射频芯片的输出端，来实现同一时间只给一根GNSS天线供电，并且防止GNSS信号泄漏。 U4为为电压转换芯片，为U2和U3提供其工作所需要的-5V电源。串口接口芯片TO可采用MAX232芯片，其作用是使单片机和PC机可以通讯。使 得通过PC机的串口控制单片机，从而控制整个仪器。所述GNSS-OEM板采用美国NAVCOM公司的NCT-2100型号的产品。其主要功能是 接收天线获取的卫星信号，经过变频、放达、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天 线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的信号和测算出卫星信号传播时间，即可 计算出天线位置。本实用新型通过天线电缆和GNSS天线相连，如果距离超过一百米，信号损失严 重，需要加上GNSS信号放大器，这样才能接收到天线的信号。本实用新型提供的GNSS天线阵列接收机，其额定功率是5W，工作电压分为9 18V直流电或220V交流电。下面简述一下本实用新型的作业过程，其如图3所示(1)将需要监测区域的特征点布设GNSS天线，如果天线与天线阵列接收机距离比 较远，需经过GNSS信号放大器与接收机相连，这样才能够采集到天线的数据。(2)将PDA智能手机与GNSS天线阵列接收机相连，可以在现场启动控制程序对天 线阵列接收机进行设置，也可以通过GPRS网络传输程序将需要设置的参数和观测数据文 件传输到远程的数据中心。(3)数据中心的数据服务器可以将智能PDA手机传过来数据存入到服务器中，并通过“GNSS天线阵列变形监测综合数据处理系统”进行数据处理，实时显示监测点的变形。(4)用户可以通过Intenet网络登录网站进行数据查询、数据修改、数据删除、数 据提取、在线数据计算、在线浏览监测点的变形，完全实现用户的远程监测。用户可以按照指定的格式通过输入接口，采用异步串行通信方式与天线阵列接收 机进行通讯，其主要功能是设置接收机的通讯串口、数据采样率、截止高度角、起止天线接 收通道、天线切换时间、各个天线对应的监测点名等。天线阵列接收机按照设置的要求输出 数据，并按照规范的格式生成数据文件。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求一种GNSS天线阵列接收机，其特征是其由壳体、天线阵列控制电路板和GNSS OEM板构成；所述天线阵列控制电路板上设有译码芯片(U2)、射频芯片(U3)、继电器电路和控制电路；所述控制电路由单片机芯片(U1)及其外围电路组成，其控制译码芯片(U2)和射频芯片(U3)实现无干扰的选通不同GNSS天线，并且将GNSS OEM板接收的GNSS输入信号按照指令从一个天线无干扰的切换到指定的天线；所述的GNSS OEM板输出端与天线阵列控制电路板上的接入电路相连。
2.根据权利要求1所述的GNSS天线阵列接收机，其特征在于所述译码芯片(U2)的引 脚(a、b、c)与射频芯片(U3)的引脚(A、B、C)对应相连，又与单片机芯片(Ul)的引脚(B0、 B1、B2)对应相连。
3.根据权利要求1或2所述的GNSS天线阵列接收机，其特征是所述的射频芯片(U3) 的引脚RFC与GNSS-OEM板信号输入端相连。
4.根据权利要求1或2所述的GNSS天线阵列接收机，其特征在于所述继电器电路设 有八路电路，每路的电路由一个三极管(Q)、二极管(D)、继电器(J)组成；其中三极管(Q) 的基极与单片机芯片(Ul)的一个引脚通过一个电阻相连；三极管(Q)的集电极与继电器 (J)的线圈负极、二极管(D)的正极共接，二极管(D)的负极与继电器(J)的线圈正极相连。
5.根据权利要求1或2所述的GNSS天线阵列接收机，其特征在于所述的单片机芯片 (Ul)的八位输出引脚(AO A7)与八路继电器的控制电路相连，控制继电器的开启与关闭， 给选通的一路GNSS天线供电。
6.根据权利要求1或2所述的GNSS天线阵列接收机，其特征是所述的单片机芯片 (Ul)外围电路还设有看门狗芯片⑴5)，当电压低于门限时复位单片机。
7.根据权利要求1或2所述的GNSS天线阵列接收机，其特征是所述的单片机芯片 (Ul)外围电路还设有RS232串口通信芯片⑴6)，单片机芯片(Ul)通过串口接口芯片(U6) 与外设PC机进行数据通讯。
8.根据权利要求1或2所述的GNSS天线阵列接收机，其特征是所述的天线阵列控制 电路板上还设有电压转换芯片(U4)，为译码芯片(U2)和射频芯片(U3)提供其工作所需要 的-5V电源。
专利摘要本实用新型公开了一种GNSS天线阵列接收机，其壳体内装有天线阵列控制电路板和GNSS-OEM板，GN SS-OEM板输出端由导线与天线阵列控制电路板上的接入电路相连；天线阵列控制电路板上设有译码芯片U2、射频芯片U3、继电器电路和控制电路，U3的引脚RFC与GNSS-OEM板信号输入端相连；所述译码芯片U2通过控制电路使得射频芯片可以选通指定的GNSS天线；所述的控制电路由单片机芯片U1及其外围电路组成，其控制译码芯片U2和射频芯片U3实现无干扰的选通不同GNSS天线，并且将GNSS-OEM板接收的GNSS输入信号按照指令间隔一定的时间从一个天线无干扰的切换到指定的天线。本实用新型具有兼容性好，以及制造和监测成本低等优点。
文档编号G01S19/13GK201707441SQ201020251850
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者向东, 张旻, 张鹏, 李勇, 李琴, 王铜, 罗刊, 花向红, 邱卫宁, 邹进贵 申请人:武汉大学