室内定位系统接收机（原ISM项目）一、 框图基本技术参数：1、 载波频率：2.45GHz5PPM；2、 接收灵敏度：-93 -99dBm；3、 最大接收电平：-35dBm；4、 天线开关隔离度：35dB；5、 调制方式：BPSK+ASK；6、 BPSK码速率：80Mbps（数据） 及 10Mbps（同步信号）；7、 码长：1024bits M序列（数据）及 128bits M序列（同步信号）；8、 射频脉冲宽度：12.8uS（同步信号） 及 38.4uS（数据）；9、 天线接口：六个SMA座/50；（SMB？）10、 电源：220V/50Hz 和 110V/60Hz；11、 体积：xx xx xx mm3；12、 重量： xx g；13、 工作温度：-20 +60；14、 可靠性：MTBF xxx 小时。二、 工作原理该接收机通过比较接收到的六路信号，得到发射机的位置信息，然后通过USB接口送给PC机进行处理。六路信号是通过放在六个不同位置的天线接收到的，六路信号的时间差，或相位差与每个天线与发射机的距离有关。通过计算六路信号的时间差和相位差，即可得到每个天线与发射机的距离，也就可以确定发射机的位置了。该接收机处理六个天线的信号是分时工作的，六路信号通过一个六选一的射频开关选择一路进行处理，处理包括计算载波的相位，计算相关峰的时间（相对于统一的同步脉冲），以及解调出数据。接收机在进行上述的三个主要功能之前必须同步，同步包括码同步和载波同步。当接收机的本振频率与发射机的频率差别很小时，接收机内的数字相关器可以把同步信号解调出来，这个同步信号是128位10Mbps速率的M序列伪随机码进行BPSK调制的射频脉冲信号。解调出来的是同步信号相关峰，由于噪声等各种原因，该信号出现的时间不是固定的，它有约100nS的误差。所以，该信号只能用作粗同步。如果接收机的本振频率与发射机的频率相差较大，相关峰根本解不出来，这时就要通过载波频率扫描，使得接收机内的数字相关器可以把同步信号解调出来。数字相关器解调出来的相关峰信号，有幅度和相位信息。当发射机天线与接收机天线距离固定时，如果发射频率与接收本振的频率相等，则相关峰的相位是不变的，相关峰的相位在时间上的变化取决于发射频率与接收机本振的频率差。所以，通过计算相关峰的相位在时间上的变化量，可以让接收机本振的频率与发射频率相等。这就是载波同步原理。因为同步信号相关峰的晃动较大，不能直接用作同步脉冲，所以必须恢复同步脉冲。可以设计一个同步脉冲振荡器，该振荡器就是一个3936的计数器，输入时钟为20MHz，所以振荡器的周期为196.8uS。如果载波频率和相位已经与发射机同步了，20MHz的TCXO的频率也与发射端同步了（TCXO的频率可以微调），同步脉冲振荡器的输出脉冲频率与发射端也就同步了。同步脉冲的相位可以通过比较同步信号相关峰的时间来同步。如果同步脉冲和载波都已经同步了，就可以进行码同步过程。因为同步脉冲已经同步了，所以可以确定数据信号出现的时间，但误差比较大，约100nS，这相当于8码片。通过滑动接收端本地码，可以搜索到数据信号出现的准确时间。一旦搜索到数据信号出现的准确时间，码同步过程也就完成了，以后在每个周期还需要码跟踪。需要注意的是，因为数据信号在发射端是通过四个天线发射的，在接收端又是通过六个天线接收的，所以，码的同步搜索和跟踪就有24个通道。这就得到24组数据，每组各有两个数和一个标志位，两个数分别是延时量和相位，标志位是该组数据是否有效。这24组数据经过处理之后需要输出给PC机。数据信号的脉冲宽度为38.4uS，它的PN码是三个周期的1024bits伪码，接收机的本地PN码也是三个周期的1024bits伪码，与发射端完全一样，但是，第一个周期要超前半个码片，第三个周期要滞后半个码片，中间一个周期不超前也不滞后。这样，相关后的信号幅度是一个三级站台形，如果中间一个周期刚好与发射端同步，相关后的信号幅度中间最大，第一与第三相等，并且等于中间的一半。但是，由于本地PN码的时间不是连续可变的，所以严格同步很难做到。不过，只要得到三个周期的幅度，也可以准确计算出数据信号的脉冲的时间。数据信号的脉冲的中间周期带有一位数据，通过计算信号三个周期的相位关系，可以解出该数据。三、 研制计划2008-5-9：思考初步方案，查找资料。2008-5-16：资料查找消化完成，优化方案，开始设计电路，提出关键器件清单。开始立项。2008-5-26：基本方案初评，电路设计完成，开始软件仿真验证，开始关键电路验证，提出采购器件清单；2008-6-5：补充提出采购器件清单；2008-6-23：软件仿真验证完成，关键电路验证完成，修改电路图，第一版方案设计完成评审，主要器件都已经确定到货期，部分器件已经到货，开始PCB设计，PCB设计的同时修改电路图。2008-6-30：第一版PCB设计完成，PCB发出加工，大部分器件都到货，开始正式软件设计；2008-7-10：器件全部到齐，第一版装配完成，软件设计完成，开始调试；2008-7-25：第一版调试完成，开始对第一版进行改进；2008-8-1：第二版PCB改进完成，发出加工，开始对第一版软件的优化；2008-8-11：第二版装配完成，开始调试和试验；2008-8-31：第二版调试完成，机器达到使用要求，仔细进行各种试验，做交付准备，开始整理相关资料；2008-9-15：通过验收，项目完成。