導(dǎo)航定位技術(shù)之接收機(jī)

導(dǎo)航定位技術(shù)與計(jì)算機(jī)之GNSS接收機(jī)引言:GPS由三部分組成:空間星座部分,地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成。接收機(jī)是用戶部分的核心，我國(guó)在衛(wèi)星設(shè)計(jì)和航天測(cè)控領(lǐng)域均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但在導(dǎo)航接收機(jī)領(lǐng)域卻尚處于起步階段；同時(shí)開發(fā)新一代的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，導(dǎo)航接收機(jī)的研究有著舉足輕重的作用。一．GNSS接收機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)接收機(jī)終端是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分,是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與廣大應(yīng)用的主體-----用戶的唯一接口,是市場(chǎng)規(guī)模最大和產(chǎn)業(yè)化最核心的環(huán)節(jié),衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的價(jià)值最終需要通過接收機(jī)才能得以實(shí)現(xiàn).目前,世界上使用最廣泛的接收機(jī)是GPS接收機(jī),產(chǎn)品也多達(dá)數(shù)百種.這些產(chǎn)品按其用途可分為導(dǎo)航型接收機(jī),測(cè)地型接收機(jī),和授時(shí)型接收機(jī)等;按工作原理分可分為碼相關(guān)型接收機(jī),平方型接收機(jī),混合型接收機(jī)和干涉型接收機(jī)等;按照接收機(jī)的通道來分則可分為多通道接收機(jī),序貫通道接收機(jī)和多路復(fù)用通道接收機(jī)等;按動(dòng)態(tài)范圍可分為低動(dòng)態(tài),中動(dòng)態(tài),高動(dòng)態(tài)等,不勝枚舉【1】.。從1981年第一臺(tái)民用GPS接收機(jī)問世以來，GPS接收機(jī)有了長(zhǎng)足進(jìn)步。從只供少數(shù)人使用的笨重昂貴到體積，質(zhì)量，功耗，成本的不斷降低，從單通道單頻單系統(tǒng)單一功能到多通道多頻多系統(tǒng)多功能，從模擬和分立器件到數(shù)字化芯片化和軟件化。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是各航天大國(guó)競(jìng)相發(fā)展的熱門領(lǐng)域,為了保持導(dǎo)航系統(tǒng)的先進(jìn)性和有效性,世界各國(guó)在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)方面積極地推進(jìn)和發(fā)展..。不僅有Galileo和QZSS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在研究設(shè)計(jì)中，GPS和GLONASS等現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也在不斷地升級(jí)和改進(jìn)..。GPS現(xiàn)代化計(jì)劃包括發(fā)射第二種民用信號(hào)L2C，為救生服務(wù)設(shè)計(jì)的第三種民用信號(hào)L5以及新的軍用碼M碼；GLONASS正在進(jìn)行差分GLONASS的改進(jìn)以及空間斷的提高【2】.。伴隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的全面升級(jí)和發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)也呈現(xiàn)出以下的新的發(fā)展特點(diǎn)【3】：多系統(tǒng)兼容接收機(jī)是技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前和今后的若干年內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展將經(jīng)歷從GPS時(shí)代到GNSS時(shí)代的轉(zhuǎn)變,即由主要依賴GPS向GPS+Galileo+其他系統(tǒng)的多系統(tǒng)并存的局面轉(zhuǎn)化，尤其是Galileo系統(tǒng)的最終完成部署將預(yù)示著GNSS時(shí)代的正式開啟。由于GNSS在可用性，連續(xù)性和完好性方面的保障遠(yuǎn)比單一GPS好，所以GNSS兼容接收機(jī)將是未來接收機(jī)技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。一旦以民用為主的Galileo系統(tǒng)投入完全工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與GPS的互操作，有可能形成Galileo/gps組合的GNSS兼容接收機(jī)批量市場(chǎng)，在性能價(jià)格比上將大大超過單一系統(tǒng)的接收機(jī)，從而可以形成大批量應(yīng)用的GNSS兼容接收機(jī)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。與移動(dòng)通信的融合及室內(nèi)定位是應(yīng)用市場(chǎng)的客觀需求。衛(wèi)星導(dǎo)航能與電子信息產(chǎn)業(yè)中的多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)設(shè)備與信息的互相滲透和融合，其中以無線通信尤其是蜂窩通信為最優(yōu)先的融合對(duì)象。與蜂窩通信的融合使衛(wèi)星導(dǎo)航顯示出活力無限的發(fā)展態(tài)勢(shì)，使一切靜止和移動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控成為可能。兩種技術(shù)的融合，真正保證在任何地方任何時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)定位和監(jiān)控服務(wù)，AGPS（用網(wǎng)絡(luò)輔助GPS）的應(yīng)用就是一個(gè)鮮明的例子。衛(wèi)星導(dǎo)航本來大多應(yīng)用與戶外空曠地區(qū)，隨著與蜂窩通信的結(jié)合，室內(nèi)定位被提上日程，于是有了高靈敏度接收機(jī)的應(yīng)用要求，而且要比原先的靈敏度高出10db~30db。這是一個(gè)很大的難題，因?yàn)樾l(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)原先就已經(jīng)是靈敏度很高的設(shè)備，而且室內(nèi)環(huán)境在多徑效應(yīng)和干擾噪聲等方面顯得更為苛刻與復(fù)雜，所以干擾和多徑效應(yīng)緩解技術(shù)方面的研究成為導(dǎo)航界十分重視的研究課題。高精度是衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)追求的目標(biāo)，并且越來越重視環(huán)境對(duì)測(cè)量定位精度的影響。其突出表現(xiàn)是Galileo系統(tǒng)明確地在GPS的老三段（空間段，地面段，用戶段）上加了新的一段，即環(huán)境段，直接把電離層，對(duì)流層，多徑效應(yīng)和電磁干擾等一系列問題擺到前臺(tái)作為當(dāng)務(wù)之急來解決。同時(shí)Galileo系統(tǒng)的信號(hào)采用BOC（BinaryOffsetCarrier）調(diào)制，在抗多徑方面相比于BPSK調(diào)制，也有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。所有這些，都是為了解決高精度測(cè)量的問題，使其導(dǎo)航定位精度將比當(dāng)前GPS高一個(gè)量級(jí)。軟件無線電接收機(jī)越來越顯示出其舉足輕重的地位。軟件無線電是一種新的無線通信體制結(jié)構(gòu)，將軟件無線電引入到衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的研究中，可以實(shí)現(xiàn)接收機(jī)的軟件化設(shè)計(jì)。軟件無線電接收機(jī)，簡(jiǎn)稱軟件接收機(jī)，結(jié)構(gòu)具有非常強(qiáng)的通用性，可用來實(shí)現(xiàn)多頻段，多用戶和多體制的通用接收機(jī)，使得接收機(jī)在性能，尺寸，重量和功耗方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。軟件接收機(jī)既方便接收機(jī)的升級(jí)換代，也方便編程，靈活驗(yàn)證各種軟件算法。在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)領(lǐng)域，軟件化趨勢(shì)日益明顯，軟件接收機(jī)研究開發(fā)平臺(tái)成為為設(shè)計(jì)與仿真，實(shí)驗(yàn)測(cè)試與算法驗(yàn)證的重要手段。在接收機(jī)中像相關(guān)器這樣關(guān)鍵硬件模塊也在實(shí)現(xiàn)軟件化；接收機(jī)的主要功能如信號(hào)捕獲跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)獲取與解算，都可以用軟件方法實(shí)現(xiàn)多樣化選擇；在算法的選擇上，不僅不斷地實(shí)現(xiàn)卡爾曼慮波和快速傅里葉變換的花樣翻新，還引入了模糊邏輯學(xué)，小波技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。二．我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求伴隨著GNSS建設(shè)和應(yīng)用的熱潮,我國(guó)越來越重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和技術(shù)的發(fā)展..。我國(guó)已經(jīng)建成的第一代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BD-1解決了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的有無問題。BD-1將導(dǎo)航定位，雙向數(shù)據(jù)通信和精密授時(shí)結(jié)合在一起，系統(tǒng)自身包含廣域差分標(biāo)校以提高定位精度，是一個(gè)成功實(shí)用投資很少的初級(jí)起步系統(tǒng)。但BD-1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)本質(zhì)上是主動(dòng)式二維定位，很難滿足高動(dòng)態(tài)和保密的軍事應(yīng)用需求；依賴于地面中心站提供數(shù)字高程圖數(shù)據(jù)和用戶機(jī)發(fā)上行信號(hào)，從而使系統(tǒng)用戶容量，導(dǎo)航定位維數(shù)，隱蔽性方面等受到限制，在信號(hào)體制上很難與國(guó)際上的GPS,GLONASS及將來的Galileo系統(tǒng)兼容。因此，中國(guó)還需要在BD-1衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成就的基礎(chǔ)上發(fā)展第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以滿足國(guó)家今后對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)軍事戰(zhàn)略的需求。據(jù)新華網(wǎng)報(bào)道，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心2007年4月14日凌晨4時(shí)11分用長(zhǎng)征3號(hào)甲運(yùn)載火箭，成功將一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入太空，飛行在高度為2.15萬千米的中軌軌道。這顆衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志著我國(guó)自行研制的BD-2衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入新的發(fā)展建設(shè)階段【4】南京理工大學(xué)課程論文課程名稱：導(dǎo)航定位技術(shù)概論論文題目：導(dǎo)航定位技術(shù)與計(jì)算機(jī)之GNSS接收機(jī)姓名：崔清偉學(xué)號(hào)：1106840315