导航定位技术之接收机

导航定位技术与计算机之GNSS接收机引言:GPS由三部分组成:空间星座部分,地面监控部分和用户设备部分组成。接收机是用户部分的核心，我国在卫星设计和航天测控领域均取得了长足的进步，但在导航接收机领域却尚处于起步阶段；同时开发新一代的全球导航系统，导航接收机的研究有着举足轻重的作用。一．GNSS接收机的发展现状与趋势接收机终端是卫星导航系统的重要组成部分,是卫星导航系统与广大应用的主体-----用户的唯一接口,是市场规模最大和产业化最核心的环节,卫星导航应用的价值最终需要通过接收机才能得以实现.目前,世界上使用最广泛的接收机是GPS接收机,产品也多达数百种.这些产品按其用途可分为导航型接收机,测地型接收机,和授时型接收机等;按工作原理分可分为码相关型接收机,平方型接收机,混合型接收机和干涉型接收机等;按照接收机的通道来分则可分为多通道接收机,序贯通道接收机和多路复用通道接收机等;按动态范围可分为低动态,中动态,高动态等,不胜枚举【1】.。从1981年第一台民用GPS接收机问世以来，GPS接收机有了长足进步。从只供少数人使用的笨重昂贵到体积，质量，功耗，成本的不断降低，从单通道单频单系统单一功能到多通道多频多系统多功能，从模拟和分立器件到数字化芯片化和软件化。卫星导航技术是各航天大国竞相发展的热门领域,为了保持导航系统的先进性和有效性,世界各国在卫星导航系统相关技术方面积极地推进和发展..。不仅有Galileo和QZSS等卫星导航系统正在研究设计中，GPS和GLONASS等现有的卫星导航系统也在不断地升级和改进..。GPS现代化计划包括发射第二种民用信号L2C，为救生服务设计的第三种民用信号L5以及新的军用码M码；GLONASS正在进行差分GLONASS的改进以及空间断的提高【2】.。伴随着全球卫星导航系统的全面升级和发展，卫星导航接收机也呈现出以下的新的发展特点【3】：多系统兼容接收机是技术发展的大趋势。当前和今后的若干年内卫星导航系统的发展将经历从GPS时代到GNSS时代的转变,即由主要依赖GPS向GPS+Galileo+其他系统的多系统并存的局面转化，尤其是Galileo系统的最终完成部署将预示着GNSS时代的正式开启。由于GNSS在可用性，连续性和完好性方面的保障远比单一GPS好，所以GNSS兼容接收机将是未来接收机技术发展的大趋势。一旦以民用为主的Galileo系统投入完全工作状态，实现与GPS的互操作，有可能形成Galileo/gps组合的GNSS兼容接收机批量市场，在性能价格比上将大大超过单一系统的接收机，从而可以形成大批量应用的GNSS兼容接收机市场，实现产业化。与移动通信的融合及室内定位是应用市场的客观需求。卫星导航能与电子信息产业中的多个领域实现设备与信息的互相渗透和融合，其中以无线通信尤其是蜂窝通信为最优先的融合对象。与蜂窝通信的融合使卫星导航显示出活力无限的发展态势，使一切静止和移动目标的实时监控成为可能。两种技术的融合，真正保证在任何地方任何时刻，实现定位和监控服务，AGPS（用网络辅助GPS）的应用就是一个鲜明的例子。卫星导航本来大多应用与户外空旷地区，随着与蜂窝通信的结合，室内定位被提上日程，于是有了高灵敏度接收机的应用要求，而且要比原先的灵敏度高出10db~30db。这是一个很大的难题，因为卫星导航接收机原先就已经是灵敏度很高的设备，而且室内环境在多径效应和干扰噪声等方面显得更为苛刻与复杂，所以干扰和多径效应缓解技术方面的研究成为导航界十分重视的研究课题。高精度是卫星导航接收机追求的目标，并且越来越重视环境对测量定位精度的影响。其突出表现是Galileo系统明确地在GPS的老三段（空间段，地面段，用户段）上加了新的一段，即环境段，直接把电离层，对流层，多径效应和电磁干扰等一系列问题摆到前台作为当务之急来解决。同时Galileo系统的信号采用BOC（BinaryOffsetCarrier）调制，在抗多径方面相比于BPSK调制，也有着独特的优势。所有这些，都是为了解决高精度测量的问题，使其导航定位精度将比当前GPS高一个量级。软件无线电接收机越来越显示出其举足轻重的地位。软件无线电是一种新的无线通信体制结构，将软件无线电引入到卫星导航接收机的研究中，可以实现接收机的软件化设计。软件无线电接收机，简称软件接收机，结构具有非常强的通用性，可用来实现多频段，多用户和多体制的通用接收机，使得接收机在性能，尺寸，重量和功耗方面具有巨大的优势。软件接收机既方便接收机的升级换代，也方便编程，灵活验证各种软件算法。在卫星导航接收机领域，软件化趋势日益明显，软件接收机研究开发平台成为为设计与仿真，实验测试与算法验证的重要手段。在接收机中像相关器这样关键硬件模块也在实现软件化；接收机的主要功能如信号捕获跟踪和导航数据获取与解算，都可以用软件方法实现多样化选择；在算法的选择上，不仅不断地实现卡尔曼虑波和快速傅里叶变换的花样翻新，还引入了模糊逻辑学，小波技术和神经网络技术等。二．我国卫星导航定位系统建设和发展的现实需求伴随着GNSS建设和应用的热潮,我国越来越重视卫星导航系统和技术的发展..。我国已经建成的第一代北斗卫星导航系统BD-1解决了卫星导航定位系统的有无问题。BD-1将导航定位，双向数据通信和精密授时结合在一起，系统自身包含广域差分标校以提高定位精度，是一个成功实用投资很少的初级起步系统。但BD-1卫星导航系统本质上是主动式二维定位，很难满足高动态和保密的军事应用需求；依赖于地面中心站提供数字高程图数据和用户机发上行信号，从而使系统用户容量，导航定位维数，隐蔽性方面等受到限制，在信号体制上很难与国际上的GPS,GLONASS及将来的Galileo系统兼容。因此，中国还需要在BD-1卫星导航系统成就的基础上发展第二代卫星导航系统以满足国家今后对卫星导航应用和长远军事战略的需求。据新华网报道，西昌卫星发射中心2007年4月14日凌晨4时11分用长征3号甲运载火箭，成功将一颗北斗导航卫星送入太空，飞行在高度为2.15万千米的中轨轨道。这颗卫星的发射成功，标志着我国自行研制的BD-2卫星导航系统进入新的发展建设阶段【4】南京理工大学课程论文课程名称：导航定位技术概论论文题目：导航定位技术与计算机之GNSS接收机姓名：崔清伟学号：1106840315