全球导航卫星系统(GNSS)接收机技术已经很成熟了么?

2023年02月22日 16:12

  全球导航卫星系统(GNSS)已经有三十多年的历史了,技术不断发展,应用越来越广泛。现在, GNSS接收机技术已经很成熟了么?GNSS接收机的基本工作原理是什么?如何使卫星信号进入接收机?下面我们就从基本的工作原理来探讨一下 GNSS接收机

  一、信号产生

  GNSS接收机产生的信号分为两种:一种是伪随机码,一种是载波环路。伪随机码用于信号调制,载波环路用于捕获和跟踪。

  (1)伪随机码: GNSS接收机直接从卫星信号中提取伪随机码。

  (2)载波信号: GNSS接收机以载波的形式从卫星信号中提取出来的载波。

  (3)伪码环路: GNSS接收机的捕获和跟踪由伪码环路完成,用于捕获和跟踪卫星信号,并对信号进行解调。

  (4)导航电文包括卫星状态信息、位置信息和时间信息等。

  在这里要注意的是,由于卫星和伪码的载波频率不同,所以载波环路必须具有较高的同步精度,否则容易产生伪码混叠错误。

  二、调制/解调

  这是在接收机中最常见的一种调制方式。卫星信号经过调制后,会携带一个信息,这个信息就是我们所需要的导航参数。调制的方法有很多种,但主要有载波和调相两种。载波调制是将信号调制到载波上,调相是将信号调制到调相上。这里我们主要介绍载波调制和调相的原理和实现方法。

  三、同步

  同步是指卫星导航信号在进入接收机之前,必须同步。GNSS接收机的同步一般包括卫星定时、卫星位置、接收机码相位以及天线相位等方面的同步。通常,在一个卫星系统中,一个卫星系统会使用两个同步码来确定位置。

  四、导航电文

  导航电文是以格式形式给出的各种导航信息,包括卫星位置、时间、频率、类型和其他导航参数,是卫星导航系统提供服务的依据。

  GNSS接收机在接收到导航电文后,根据输入的导航电文,计算出卫星的位置、时间等信息。

  五、信号处理

  接收机在接收卫星信号时,通常采用以下几种信号处理技术:

  1、基带信号处理。如 FFT、 IFFT、 CRC纠错等。实现对卫星信号的捕获,跟踪和定位解算。

  2、码位同步。码捕获是指在载波同步之前,要检测载波的相位并跟踪之。同步环路是在进行载波环路时,把载波的相位同步到卫星的导航电文中所规定的相位,保证对载波和卫星信号的捕获和跟踪。实现捕获,跟踪和定位解算,主要用到高速并行运算处理器和数字信号处理芯片。

  3、伪距测量与伪距观测器(DOP)。通过导航电文中的载波相位和伪距计算出导航电文中的伪距(PRN)。测量出来的伪距不能用于导航定位解算,必须转换成可供用户使用的电文形式才能得到用户所需要的定位结果。

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