1、匯報(bào)內(nèi)容 衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)背景知識(shí) 一般導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介 高動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)接收機(jī)的影響 高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的組成和特點(diǎn) 高動(dòng)態(tài)接收機(jī)指標(biāo)測(cè)試 小結(jié)衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí) 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí)眾所周知，20世紀(jì)90年代之后，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)由初步試驗(yàn)、成熟逐步走向了全運(yùn)行和鼎盛時(shí)期，已經(jīng)擴(kuò)展至軍事、經(jīng)濟(jì)和民生等各個(gè)領(lǐng)域；目前的全球主要導(dǎo)航定位系統(tǒng)有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略和我過(guò)逐步發(fā)展起來(lái)的北斗一代、二代；GPS由于具有全球性、全天候和連續(xù)的精確三維定位能力，且能實(shí)時(shí)對(duì)運(yùn)載體的速度、姿態(tài)驚醒測(cè)定并精確授時(shí)，所以在應(yīng)用市場(chǎng)最為廣泛，所以，本匯報(bào)內(nèi)容以GPS接收機(jī)為例。衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí) 衛(wèi)星導(dǎo)航背景

2、知識(shí)全球定位系統(tǒng)（GPS） 由三個(gè)段組成：衛(wèi)星星座， 地面控制/監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和用戶 接收機(jī)設(shè)備；衛(wèi)星星座包括在軌衛(wèi)星， 他們向用戶設(shè)備提供測(cè)距 信號(hào)和數(shù)據(jù)電文；控制段 則對(duì)空間的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤和維護(hù)，保護(hù)其健康狀態(tài)和 信號(hào)完整性；用戶設(shè)備即接收機(jī)，它處理由衛(wèi)星發(fā)射 的信號(hào)以解算用戶的PVT；衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí) 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí)GPS衛(wèi)星信號(hào)的構(gòu)成 GPS衛(wèi)星信號(hào)測(cè)距碼數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機(jī)碼L波段cmMHzf03.1942.157511cmMHzf42.2460.122722L1載波L2載波衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí) 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí)GPS衛(wèi)星信號(hào)的載波和調(diào)制GPS衛(wèi)星

3、信號(hào)包含三種信號(hào)分量：載波、測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼。信號(hào)分量的產(chǎn)生都是在同一個(gè)基本頻率f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生，采用正交2PSK調(diào)制衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí) 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識(shí)GPS衛(wèi)星信號(hào)的合成導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介 導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介GPS用戶設(shè)備主要包括GPS接收機(jī)及其天線、微處理機(jī)及其終端設(shè)備以及電源等。其中接收機(jī)和天線是核心部分，習(xí)慣上統(tǒng)稱為GPS接收機(jī)。主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理，獲取導(dǎo)航電文和必要的觀測(cè)量導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介 導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介GPS接收機(jī)的功能：接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號(hào)；恢復(fù)載波信號(hào)頻率和衛(wèi)星鐘；解調(diào)出衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘校正參數(shù)等數(shù)據(jù)；通過(guò)測(cè)量本地時(shí)鐘與恢復(fù)的衛(wèi)星鐘之間

4、的時(shí)延來(lái)測(cè)量接收天線至衛(wèi)星的距離（偽距）；通過(guò)測(cè)量恢復(fù)的載波頻率變化（多普勒頻率）來(lái)測(cè)量偽距變化率；根據(jù)獲得的這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出用戶所在的地理經(jīng)度、緯度、高度、速度、準(zhǔn)確的時(shí)間等導(dǎo)航信息；將結(jié)果顯示在顯示屏幕上或通過(guò)輸出端口輸出。導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介 導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介GPS接收機(jī)工作原理：當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時(shí)，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；對(duì)所接收到的GPS信號(hào)，具有變換、放大和處理的功能，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)介 導(dǎo)航接收機(jī)簡(jiǎn)

5、介GPS接收機(jī)工作原理：高動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)接收機(jī)的影響 高動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)接收機(jī)的影響高動(dòng)態(tài)條件即接收機(jī)進(jìn)行PVT解算的環(huán)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(yùn)動(dòng)當(dāng)中；高動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)接收機(jī)的影響 高動(dòng)態(tài)環(huán)境對(duì)接收機(jī)的影響在此條件下，一般的接收機(jī)無(wú)法滿足要求，因?yàn)楦咚俾蕩?lái)50-100KHz的多普勒頻移，從而導(dǎo)致一般接收機(jī)的載波環(huán)路失鎖，無(wú)法解調(diào)出導(dǎo)航電文；并且高動(dòng)態(tài)帶來(lái)的多普勒頻率大范圍內(nèi)的抖動(dòng)，要求加寬環(huán)路帶寬，降低工作信噪比，其代價(jià)降低環(huán)路跟蹤精度；同時(shí)，它也使偽隨機(jī)代碼產(chǎn)生動(dòng)態(tài)時(shí)延，導(dǎo)致碼環(huán)石鎖，因此針對(duì)這種場(chǎng)景，接收機(jī)必須優(yōu)化捕獲、跟蹤和PVT解算的

6、算法，這就要求其硬件具備更優(yōu)化的設(shè)計(jì)、更高校的性能對(duì)其支撐。高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的組成和特點(diǎn) 高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的組成高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)從設(shè)備組成上依然由衛(wèi)星接收天線、衛(wèi)星接收機(jī)及相應(yīng)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(hào)放大到一定電平，并盡量減少引入的噪聲，送給接收機(jī)；接收機(jī)主要由接收信道部分、信道處理部分和數(shù)據(jù)處理部分組成。由此：能否在高動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中對(duì)微弱的信號(hào)成功捕獲并有效處理，這部分的設(shè)計(jì)是高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)；高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的組成和特點(diǎn) 高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)一般采用板卡式設(shè)計(jì)，硬件組成如下圖；高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的組成和特點(diǎn) 高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)多通道并

7、行捕獲：信號(hào)處理部分采用FPGA芯片，其中集成10個(gè)獨(dú)立的相關(guān)器、CPU接口、異步通信控制和實(shí)時(shí)時(shí)鐘，這樣，就可并行同步采樣微弱的數(shù)字信號(hào)（高動(dòng)態(tài)環(huán)境下），并在CPU控制下完成碼、載波信號(hào)和捕獲和跟蹤，解調(diào)出偽距和電文數(shù)據(jù)；擴(kuò)頻編碼模塊和擴(kuò)頻模塊：擴(kuò)頻嗎的捕獲能使本地偽碼相位和接收機(jī)偽碼相位同步，這樣，便能使用并行相關(guān)的技術(shù)，在一個(gè)偽碼周期完成一次相關(guān)運(yùn)算；（因基礎(chǔ)原因，本部分理解有待后續(xù)深入）高速運(yùn)算模塊：數(shù)據(jù)處理單元采用DSP，其包括高速CPU（DSP），運(yùn)行程序的RAM，存放代碼的flash和接口芯片。它對(duì)送來(lái)的數(shù)據(jù)能進(jìn)行高速的浮點(diǎn)運(yùn)算，解算并測(cè)速；指標(biāo)測(cè)試 指標(biāo)測(cè)試指標(biāo)測(cè)試 動(dòng)態(tài)性能測(cè)

8、試指標(biāo)要求：相對(duì)速度：012km/s、相對(duì)加速度：0120m/s2、相對(duì)加加速度：040m/s3測(cè)試方法：由于接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍過(guò)大，在實(shí)際中無(wú)法進(jìn)行具體測(cè)試，因此利用高動(dòng)態(tài)信號(hào)源，首先將信號(hào)源場(chǎng)景根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，信號(hào)源穩(wěn)定后分別將定位模式切為相應(yīng)系統(tǒng)、頻點(diǎn)進(jìn)行接收信號(hào)并輸出定位結(jié)果，最后將定位結(jié)果與模擬源中真值比較衡量接收機(jī)定位結(jié)果。注意事項(xiàng)：當(dāng)加加速度在逐步變大時(shí)間中確保加速度最大值不超過(guò)加速度指標(biāo)，加速度最大值在逐步變大時(shí)間中確保速度最大值不超過(guò)速度指標(biāo)；在對(duì)高動(dòng)態(tài)性能測(cè)試時(shí)需要分頻點(diǎn)單獨(dú)測(cè)試以及多系統(tǒng)多頻點(diǎn)聯(lián)合測(cè)試。指標(biāo)測(cè)試 定位精度測(cè)試指標(biāo)要求：靜態(tài)工作時(shí)，定位精度10m，測(cè)速精度0.

9、1m/s；在以上動(dòng)態(tài)范圍工作時(shí)，定位精度10m，測(cè)速精度0.3m/s；測(cè)試方法：設(shè)置衛(wèi)星信號(hào)模擬源為靜態(tài)場(chǎng)景，同時(shí)播發(fā)B1、B3、L1頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)，場(chǎng)景保證PDOP3。通過(guò)指令分別切換定位模式為B3、B1、L1單頻點(diǎn)定位，B1B3雙頻定位，B3L1兼容定位模式，評(píng)估系統(tǒng)分別對(duì)幾種模式的定位結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，看是否符合技術(shù)要求；設(shè)置衛(wèi)星信號(hào)模擬源為以上動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，同時(shí)播發(fā)B1、B3、L1頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)，場(chǎng)景保證PDOP3。通過(guò)指令分別切換定位模式為B3、B1、L1單頻點(diǎn)定位，B1B3雙頻定位，B3L1兼容定位模式，評(píng)估系統(tǒng)分別對(duì)幾種模式的定位結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，看是否符合技術(shù)要求；指標(biāo)測(cè)試 捕獲定位時(shí)間測(cè)試指

10、標(biāo)要求：冷啟動(dòng)（盲捕）首次定位時(shí)間：60s；熱啟動(dòng)首次定位時(shí)間：10s；瞬時(shí)失鎖5s，重捕定位時(shí)間：5s；測(cè)試方法：冷啟動(dòng)冷啟動(dòng)：首先清空設(shè)備flash保存的星歷數(shù)據(jù)，設(shè)備重新加電記下當(dāng)前時(shí)刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時(shí)刻T2，T2-T1即為冷啟動(dòng)定位時(shí)間；熱熱啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)：設(shè)備加電后接收模擬源信號(hào)，定位穩(wěn)定后設(shè)備重新加電記錄下當(dāng)前時(shí)刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時(shí)刻T2，T2-T1即為熱啟動(dòng)定位時(shí)間；失鎖重捕：失鎖重捕：設(shè)備加電后接收模擬源信號(hào)，定位穩(wěn)定后，控制信號(hào)模擬源關(guān)閉信號(hào)，5s后打開(kāi)信號(hào)，用秒表記錄當(dāng)前時(shí)刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時(shí)刻T2，T2-T1即為失鎖重捕定位時(shí)間。指標(biāo)測(cè)試 靈敏

11、度測(cè)試指標(biāo)要求：靈敏度（含低噪放）：優(yōu)于-160dBW(可定位)；其中低噪放噪聲系數(shù)2dB，增益3035dB；測(cè)試方法：給接收機(jī)加電工作。設(shè)置衛(wèi)星信號(hào)模擬源播發(fā)B1、B3、L1頻點(diǎn)各12顆衛(wèi)星信號(hào)，所有衛(wèi)星信號(hào)模擬源產(chǎn)生的衛(wèi)星信號(hào)至天線口面的信號(hào)功率調(diào)至-160dBW，接收機(jī)設(shè)置為B3L1兼容定位模式，檢測(cè)接收機(jī)是否能夠正確的實(shí)現(xiàn)定位測(cè)速，如若不能，逐漸增強(qiáng)信號(hào)，直至定位，當(dāng)前功率即為捕獲靈敏度。注意事項(xiàng)：靈敏度也有捕獲靈敏度和跟蹤靈敏度之分，根據(jù)客戶需要，不同的指標(biāo)測(cè)試方法有所區(qū)別。指標(biāo)測(cè)試 動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試指標(biāo)要求：信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍25dB測(cè)試方法：信號(hào)源發(fā)射1顆固定衛(wèi)星，將至接收機(jī)天線口面的信號(hào)功率調(diào)至-160dBw（靈敏度）當(dāng)接收機(jī)對(duì)該衛(wèi)星捕獲成功后，將信號(hào)功率依次調(diào)低進(jìn)行捕獲，直到接收機(jī)捕獲失敗記錄此功率值為接收機(jī)接收的最弱信號(hào)功率。得到最弱功率值后，再將信號(hào)功率調(diào)至靈敏度，依次將信號(hào)功率調(diào)高，直到接收捕獲失敗，記錄此功率值為接收所接收的最強(qiáng)信號(hào)功率，則最強(qiáng)信號(hào)與最弱信號(hào)差為接收機(jī)信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。指標(biāo)測(cè)試 數(shù)據(jù)更新率測(cè)試指標(biāo)要求：數(shù)據(jù)更新率不低于10Hz測(cè)試方法：給接收機(jī)加電工作。接收機(jī)切為相應(yīng)定位模式，等定位后查