1、匯報內容 衛星導航相關背景知識 一般導航接收機簡介 高動態環境對接收機的影響 高動態接收機的組成和特點 高動態接收機指標測試 小結衛星導航背景知識 衛星導航背景知識眾所周知，20世紀90年代之后，衛星導航定位系統由初步試驗、成熟逐步走向了全運行和鼎盛時期，已經擴展至軍事、經濟和民生等各個領域；目前的全球主要導航定位系統有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略和我過逐步發展起來的北斗一代、二代；GPS由于具有全球性、全天候和連續的精確三維定位能力，且能實時對運載體的速度、姿態驚醒測定并精確授時，所以在應用市場最為廣泛，所以，本匯報內容以GPS接收機為例。衛星導航背景知識 衛星導航背景

2、知識全球定位系統（GPS） 由三個段組成：衛星星座， 地面控制/監控網絡和用戶 接收機設備；衛星星座包括在軌衛星， 他們向用戶設備提供測距 信號和數據電文；控制段 則對空間的衛星進行跟蹤和維護，保護其健康狀態和 信號完整性；用戶設備即接收機，它處理由衛星發射 的信號以解算用戶的PVT；衛星導航背景知識 衛星導航背景知識GPS衛星信號的構成 GPS衛星信號測距碼數據碼(導航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機碼L波段cmMHzf03.1942.157511cmMHzf42.2460.122722L1載波L2載波衛星導航背景知識 衛星導航背景知識GPS衛星信號的載波和調制GPS衛星

3、信號包含三種信號分量：載波、測距碼和數據碼。信號分量的產生都是在同一個基本頻率f0=10.23MHz的控制下產生，采用正交2PSK調制衛星導航背景知識 衛星導航背景知識GPS衛星信號的合成導航接收機簡介 導航接收機簡介GPS用戶設備主要包括GPS接收機及其天線、微處理機及其終端設備以及電源等。其中接收機和天線是核心部分，習慣上統稱為GPS接收機。主要功能是接收GPS衛星發射的信號，并進行處理，獲取導航電文和必要的觀測量導航接收機簡介 導航接收機簡介GPS接收機的功能：接收GPS衛星發送的導航信號；恢復載波信號頻率和衛星鐘；解調出衛星星歷、衛星鐘校正參數等數據；通過測量本地時鐘與恢復的衛星鐘之間

4、的時延來測量接收天線至衛星的距離（偽距）；通過測量恢復的載波頻率變化（多普勒頻率）來測量偽距變化率；根據獲得的這些數據，計算出用戶所在的地理經度、緯度、高度、速度、準確的時間等導航信息；將結果顯示在顯示屏幕上或通過輸出端口輸出。導航接收機簡介 導航接收機簡介GPS接收機工作原理：當GPS衛星在用戶視界升起時，接收機能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星，并能夠跟蹤這些衛星的運行；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。導航接收機簡介 導航接收機簡

5、介GPS接收機工作原理：高動態環境對接收機的影響 高動態環境對接收機的影響高動態條件即接收機進行PVT解算的環境處于高速度（不低于8km/h）、高加速度(不低于20g)或高加加速度(不低于2g)的運動當中；高動態環境對接收機的影響 高動態環境對接收機的影響在此條件下，一般的接收機無法滿足要求，因為高速率帶來50-100KHz的多普勒頻移，從而導致一般接收機的載波環路失鎖，無法解調出導航電文；并且高動態帶來的多普勒頻率大范圍內的抖動，要求加寬環路帶寬，降低工作信噪比，其代價降低環路跟蹤精度；同時，它也使偽隨機代碼產生動態時延，導致碼環石鎖，因此針對這種場景，接收機必須優化捕獲、跟蹤和PVT解算的

6、算法，這就要求其硬件具備更優化的設計、更高校的性能對其支撐。高動態接收機的組成和特點 高動態接收機的組成高動態GPS接收機從設備組成上依然由衛星接收天線、衛星接收機及相應的電纜組成；其接收天線由天線板、低噪聲放大器組成，其作用是將微弱的信號放大到一定電平，并盡量減少引入的噪聲，送給接收機；接收機主要由接收信道部分、信道處理部分和數據處理部分組成。由此：能否在高動態場景中對微弱的信號成功捕獲并有效處理，這部分的設計是高動態接收機的關鍵技術；高動態接收機的組成和特點 高動態接收機的硬件結構高動態GPS接收機一般采用板卡式設計，硬件組成如下圖；高動態接收機的組成和特點 高動態接收機的關鍵技術多通道并

7、行捕獲：信號處理部分采用FPGA芯片，其中集成10個獨立的相關器、CPU接口、異步通信控制和實時時鐘，這樣，就可并行同步采樣微弱的數字信號（高動態環境下），并在CPU控制下完成碼、載波信號和捕獲和跟蹤，解調出偽距和電文數據；擴頻編碼模塊和擴頻模塊：擴頻嗎的捕獲能使本地偽碼相位和接收機偽碼相位同步，這樣，便能使用并行相關的技術，在一個偽碼周期完成一次相關運算；（因基礎原因，本部分理解有待后續深入）高速運算模塊：數據處理單元采用DSP，其包括高速CPU（DSP），運行程序的RAM，存放代碼的flash和接口芯片。它對送來的數據能進行高速的浮點運算，解算并測速；指標測試 指標測試指標測試 動態性能測

8、試指標要求：相對速度：012km/s、相對加速度：0120m/s2、相對加加速度：040m/s3測試方法：由于接收機動態范圍過大，在實際中無法進行具體測試，因此利用高動態信號源，首先將信號源場景根據指標進行設置，信號源穩定后分別將定位模式切為相應系統、頻點進行接收信號并輸出定位結果，最后將定位結果與模擬源中真值比較衡量接收機定位結果。注意事項：當加加速度在逐步變大時間中確保加速度最大值不超過加速度指標，加速度最大值在逐步變大時間中確保速度最大值不超過速度指標；在對高動態性能測試時需要分頻點單獨測試以及多系統多頻點聯合測試。指標測試 定位精度測試指標要求：靜態工作時，定位精度10m，測速精度0.

9、1m/s；在以上動態范圍工作時，定位精度10m，測速精度0.3m/s；測試方法：設置衛星信號模擬源為靜態場景，同時播發B1、B3、L1頻點衛星信號，場景保證PDOP3。通過指令分別切換定位模式為B3、B1、L1單頻點定位，B1B3雙頻定位，B3L1兼容定位模式，評估系統分別對幾種模式的定位結果進行評估，看是否符合技術要求；設置衛星信號模擬源為以上動態場景，同時播發B1、B3、L1頻點衛星信號，場景保證PDOP3。通過指令分別切換定位模式為B3、B1、L1單頻點定位，B1B3雙頻定位，B3L1兼容定位模式，評估系統分別對幾種模式的定位結果進行評估，看是否符合技術要求；指標測試 捕獲定位時間測試指

10、標要求：冷啟動（盲捕）首次定位時間：60s；熱啟動首次定位時間：10s；瞬時失鎖5s，重捕定位時間：5s；測試方法：冷啟動冷啟動：首先清空設備flash保存的星歷數據，設備重新加電記下當前時刻T1，等輸出定位結果后記下時刻T2，T2-T1即為冷啟動定位時間；熱熱啟動：啟動：設備加電后接收模擬源信號，定位穩定后設備重新加電記錄下當前時刻T1，等輸出定位結果后記下時刻T2，T2-T1即為熱啟動定位時間；失鎖重捕：失鎖重捕：設備加電后接收模擬源信號，定位穩定后，控制信號模擬源關閉信號，5s后打開信號，用秒表記錄當前時刻T1，等輸出定位結果后記下時刻T2，T2-T1即為失鎖重捕定位時間。指標測試 靈敏

11、度測試指標要求：靈敏度（含低噪放）：優于-160dBW(可定位)；其中低噪放噪聲系數2dB，增益3035dB；測試方法：給接收機加電工作。設置衛星信號模擬源播發B1、B3、L1頻點各12顆衛星信號，所有衛星信號模擬源產生的衛星信號至天線口面的信號功率調至-160dBW，接收機設置為B3L1兼容定位模式，檢測接收機是否能夠正確的實現定位測速，如若不能，逐漸增強信號，直至定位，當前功率即為捕獲靈敏度。注意事項：靈敏度也有捕獲靈敏度和跟蹤靈敏度之分，根據客戶需要，不同的指標測試方法有所區別。指標測試 動態范圍測試指標要求：信號動態范圍25dB測試方法：信號源發射1顆固定衛星，將至接收機天線口面的信號功率調至-160dBw（靈敏度）當接收機對該衛星捕獲成功后，將信號功率依次調低進行捕獲，直到接收機捕獲失敗記錄此功率值為接收機接收的最弱信號功率。得到最弱功率值后，再將信號功率調至靈敏度，依次將信號功率調高，直到接收捕獲失敗，記錄此功率值為接收所接收的最強信號功率，則最強信號與最弱信號差為接收機信號動態范圍。指標測試 數據更新率測試指標要求：數據更新率不低于10Hz測試方法：給接收機加電工作。接收機切為相應定位模式，等定位后查