1、匯報內(nèi)容 衛(wèi)星導(dǎo)航相關(guān)背景知識 一般導(dǎo)航接收機簡介 高動態(tài)環(huán)境對接收機的影響 高動態(tài)接收機的組成和特點 高動態(tài)接收機指標(biāo)測試 小結(jié)衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識眾所周知，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、成熟逐步走向了全運行和鼎盛時期，已經(jīng)擴展至軍事、經(jīng)濟和民生等各個領(lǐng)域；目前的全球主要導(dǎo)航定位系統(tǒng)有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略和我過逐步發(fā)展起來的北斗一代、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，且能實時對運載體的速度、姿態(tài)驚醒測定并精確授時，所以在應(yīng)用市場最為廣泛，所以，本匯報內(nèi)容以GPS接收機為例。衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識 衛(wèi)星導(dǎo)航背景

2、知識全球定位系統(tǒng)（GPS） 由三個段組成：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)備提供測距 信號和數(shù)據(jù)電文；控制段 則對空間的衛(wèi)星進行跟蹤和維護，保護其健康狀態(tài)和 信號完整性；用戶設(shè)備即接收機，它處理由衛(wèi)星發(fā)射 的信號以解算用戶的PVT；衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識GPS衛(wèi)星信號的構(gòu)成 GPS衛(wèi)星信號測距碼數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機碼L波段cmMHzf03.1942.157511cmMHzf42.2460.122722L1載波L2載波衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識GPS衛(wèi)星信號的載波和調(diào)制GPS衛(wèi)星

3、信號包含三種信號分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。信號分量的產(chǎn)生都是在同一個基本頻率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 衛(wèi)星導(dǎo)航背景知識GPS衛(wèi)星信號的合成導(dǎo)航接收機簡介 導(dǎo)航接收機簡介GPS用戶設(shè)備主要包括GPS接收機及其天線、微處理機及其終端設(shè)備以及電源等。其中接收機和天線是核心部分，習(xí)慣上統(tǒng)稱為GPS接收機。主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，并進行處理，獲取導(dǎo)航電文和必要的觀測量導(dǎo)航接收機簡介 導(dǎo)航接收機簡介GPS接收機的功能：接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航信號；恢復(fù)載波信號頻率和衛(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)；通過測量本地時鐘與恢復(fù)的衛(wèi)星鐘之間

4、的時延來測量接收天線至衛(wèi)星的距離（偽距）；通過測量恢復(fù)的載波頻率變化（多普勒頻率）來測量偽距變化率；根據(jù)獲得的這些數(shù)據(jù)，計算出用戶所在的地理經(jīng)度、緯度、高度、速度、準(zhǔn)確的時間等導(dǎo)航信息；將結(jié)果顯示在顯示屏幕上或通過輸出端口輸出。導(dǎo)航接收機簡介 導(dǎo)航接收機簡介GPS接收機工作原理：當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并能夠跟蹤這些衛(wèi)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(wèi)星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)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(dǎo)航接收機簡介 導(dǎo)航接收機簡

5、介GPS接收機工作原理：高動態(tài)環(huán)境對接收機的影響 高動態(tài)環(huán)境對接收機的影響高動態(tài)條件即接收機進行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)的運動當(dāng)中；高動態(tài)環(huán)境對接收機的影響 高動態(tài)環(huán)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(dǎo)致一般接收機的載波環(huán)路失鎖，無法解調(diào)出導(dǎo)航電文；并且高動態(tài)帶來的多普勒頻率大范圍內(nèi)的抖動，要求加寬環(huán)路帶寬，降低工作信噪比，其代價降低環(huán)路跟蹤精度；同時，它也使偽隨機代碼產(chǎn)生動態(tài)時延，導(dǎo)致碼環(huán)石鎖，因此針對這種場景，接收機必須優(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、更高校的性能對其支撐。高動態(tài)接收機的組成和特點 高動態(tài)接收機的組成高動態(tài)GPS接收機從設(shè)備組成上依然由衛(wèi)星接收天線、衛(wèi)星接收機及相應(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(shù)據(jù)處理部分組成。由此：能否在高動態(tài)場景中對微弱的信號成功捕獲并有效處理，這部分的設(shè)計是高動態(tài)接收機的關(guān)鍵技術(shù)；高動態(tài)接收機的組成和特點 高動態(tài)接收機的硬件結(jié)構(gòu)高動態(tài)GPS接收機一般采用板卡式設(shè)計，硬件組成如下圖；高動態(tài)接收機的組成和特點 高動態(tài)接收機的關(guān)鍵技術(shù)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(guān)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(shù)字信號（高動態(tài)環(huán)境下），并在CPU控制下完成碼、載波信號和捕獲和跟蹤，解調(diào)出偽距和電文數(shù)據(jù)；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(guān)的技術(shù)，在一個偽碼周期完成一次相關(guān)運算；（因基礎(chǔ)原因，本部分理解有待后續(xù)深入）高速運算模塊：數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)能進行高速的浮點運算，解算并測速；指標(biāo)測試 指標(biāo)測試指標(biāo)測試 動態(tài)性能測

8、試指標(biāo)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(tài)范圍過大，在實際中無法進行具體測試，因此利用高動態(tài)信號源，首先將信號源場景根據(jù)指標(biāo)進行設(shè)置，信號源穩(wěn)定后分別將定位模式切為相應(yīng)系統(tǒng)、頻點進行接收信號并輸出定位結(jié)果，最后將定位結(jié)果與模擬源中真值比較衡量接收機定位結(jié)果。注意事項：當(dāng)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(biāo)，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(biāo)；在對高動態(tài)性能測試時需要分頻點單獨測試以及多系統(tǒng)多頻點聯(lián)合測試。指標(biāo)測試 定位精度測試指標(biāo)要求：靜態(tài)工作時，定位精度10m，測速精度0.

9、1m/s；在以上動態(tài)范圍工作時，定位精度10m，測速精度0.3m/s；測試方法：設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源為靜態(tài)場景，同時播發(fā)B1、B3、L1頻點衛(wèi)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(tǒng)分別對幾種模式的定位結(jié)果進行評估，看是否符合技術(shù)要求；設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源為以上動態(tài)場景，同時播發(fā)B1、B3、L1頻點衛(wèi)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(tǒng)分別對幾種模式的定位結(jié)果進行評估，看是否符合技術(shù)要求；指標(biāo)測試 捕獲定位時間測試指

10、標(biāo)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(shè)備flash保存的星歷數(shù)據(jù)，設(shè)備重新加電記下當(dāng)前時刻T1，等輸出定位結(jié)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(shè)備加電后接收模擬源信號，定位穩(wěn)定后設(shè)備重新加電記錄下當(dāng)前時刻T1，等輸出定位結(jié)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(shè)備加電后接收模擬源信號，定位穩(wěn)定后，控制信號模擬源關(guān)閉信號，5s后打開信號，用秒表記錄當(dāng)前時刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時刻T2，T2-T1即為失鎖重捕定位時間。指標(biāo)測試 靈敏

11、度測試指標(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；測試方法：給接收機加電工作。設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源播發(fā)B1、B3、L1頻點各12顆衛(wèi)星信號，所有衛(wèi)星信號模擬源產(chǎn)生的衛(wèi)星信號至天線口面的信號功率調(diào)至-160dBW，接收機設(shè)置為B3L1兼容定位模式，檢測接收機是否能夠正確的實現(xiàn)定位測速，如若不能，逐漸增強信號，直至定位，當(dāng)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(jù)客戶需要，不同的指標(biāo)測試方法有所區(qū)別。指標(biāo)測試 動態(tài)范圍測試指標(biāo)要求：信號動態(tài)范圍25dB測試方法：信號源發(fā)射1顆固定衛(wèi)星，將至接收機天線口面的信號功率調(diào)至-160dBw（靈敏度）當(dāng)接收機對該衛(wèi)星捕獲成功后，將信號功率依次調(diào)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(diào)至靈敏度，依次將信號功率調(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信號功率，則最強信號與最弱信號差為接收機信號動態(tài)范圍。指標(biāo)測試 數(shù)據(jù)更新率測試指標(biāo)要求：數(shù)據(jù)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(yīng)定位模式，等定位后查