卫星导航接收机

卫星导航接收机（共12篇）

卫星导航接收机 篇1

摘要：本文主要阐述了船用卫星导航接收机标准的发展情况.分析国外相关技术标准的关键指标和发展趋势.重点对IEC船用GPS.GLONASS和Galileo接收机的标准进行了对比分析,为我国发展北斗船用卫星导航接收机测试标准的提出了建议。

关键词：全球导航卫星系统GNSS,接收机,船舶,标准

一、引言

航运承担了全球90%的运输量,也是全球导航卫星系统(GNSS)最早应用的领域之一。包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧洲的Galileo在内的卫星导航系统已经建立了其在航海领域完整的技术标准系统,经过多年的发展,标准内容的不断完善、标准的技术要求和测试方法也不断改进。

航海导航是北斗卫星导航系统(BDS)应用的重要领域之一,然而,目前国际、国内尚无船用北斗接收机技术要求和测试方法的行业和国家标准。制定船用北斗接收机的技术标准,推动其国际标准化进程,对我国北斗导航系统的发展具有重要意义。

二、国外相关标准现状

国际船用GNSS设备的技术标准主要由国际海事组织(IMO)和国际电工委员会(IEC)等组织制定。作为联合国下属组织,IMO规定了SOLAS框架下船用GNSS设备的总体要求;而IEC则从产品测试角度,提供了具体的性能指标、测试方法和要求的测试结果,用于指导船用GNSS设备的设计、生产和检验。此外,RTCM、NMEA制定了关于设备接口的标准,IALA负责无线导航系统的标准化,ITU制定GNSS和差分GNSS无线电方面的标准。

IMO关于船用GNSS设备的要求包括:IMO决议A.529(13):1983航行的精度标准、A.694(17):1991GMDSS常规要求、MSC.53(66):1996 GLONASS接收机标准、MSC.112(73):2000 GPS接收设备标准、MSC.114(73):2000船用DGPS和DGLONASS接收设备标准、A.915(22):2001修订的未来GNSS海事政策和要求、A.1046(27):2011 (替代A.953(23):2004)全球无线电导航系统、MSC.233(82):2006船用Galileo接收机标准等。近年来,IMO对GNSS要求主要的变化是按航行区域分别提出了精度、完好性(包括告警门限、告警时间、完好性风险)、可用性、连续性、覆盖范围等方面的要求。

IEC船用GNSS接收机的系列标准包括:IEC 61108-1.-2,-3,分别是GPS.GLONASS和Galileo接收机标准;IEC 61108-4是DGPS和DGLONASS差分信标接收机的性能标准。

1.IEC 61108-1

IEC 61108-1 GPS接收机的技术标准在1996年首次发布,由于美国国防部在2001年更新了GPS SPS信号规格(第3版),定位精度得到提高,所以IEC在2003年修订发布了第二版IEC 61108-1,该标准适应了航海领域对定位技术的新要求,主要有以下新内容:

(1)提高了精度:水平精度为13m,而且提出了航向(COG)、航速(SOG)精度和授时可用性的要求。

(2)提出了对卫星导航完好性的要求:自从美国交通运输部(US DOT)在2001年发布《依赖GPS的交通设施弱点评估》后,GPS的可靠性受到重视,IEC 61108-1新增了接收机自主完好性(RAIM)告警、DGPS完好性告警的要求。

(3)适应高速船的要求:将高速船的航速动态要求提高至70节.相应的更新率提高至2Hz。

(4)提高了GPS接收机抗干扰的要求:根据航空无线电委员会(RTCA) DO-229B标准和ITU-R M.1477建议书,列出了一系列典型干扰环境要求,新增相应测试要求多达4页,体现了对抗干扰性能的重视。

(5)在测试方法上,更加依赖GPS模拟信号源,模拟包括航速、航向、完好性和干扰等各种参数.对接收机的性能进行全面的测试。

2. IEC 61108-2

IEC 61108-2 GLONASS接收机的技术标准与IEC61108-1 (第一版)非常相似,仅定位精度提高至45m,该标准自1998年来一直未修订。

3. IEC 61108-3

IEC 61108-3 Galileo接收机的技术标准在2010年发布,体现了近年航海领域对卫星导航的新要求和技术发展趋势,主要有以下新内容:

(1)提供民用多频公开服务(OS),包括双频(L1+E5a或L1+E5b)和三频(L1+E5a+E5b);提供民用单频和多频生命安全服务(SoL)。在理论上Galileo定位精度等指标满足IMO A.953(23)对各种水域的导航要求。

(2)提高了完好性的要求:完好性是Galileo的重要内容,标准完善了完好性的定量测试指标,并提供详细资料供设计和检测人员理解掌握。

(3)根据IMO决议A.915(22)和A.953(23),增加了对垂直定位精度的要求。

(4)缩短了信号捕获和首次定位的时间。

(5)在测试方法方面,进一步明确了对模拟信号源的要求,一些测试项目必须采用模拟信号源。

IEC海上卫星导航接收机标准的发展如表1所示。

此外.IEC 61162系列标准规范了设备接口要求,IEC60945标准规定了设备环境适应性及电磁兼容性要求。

三、国内相关标准现状及展望

1.国内相关标准现状

海上航行安全问题是海上运输和生产作业的首要问题,关系着人民的生命和财产的安全,我国历来对海上航行安全十分重视,主要标准包括:

《GB/T 15527-1995船用全球定位系统(GPS)接收机通用技术条件》、《SC/T 7008-1996渔用全球卫星导航仪(GPS)通用技术条件(已作废)》、《GB/T 18214.1-2000全球导航卫星系统(GNSS)第1部分:全球定位系统(GPS)接收设备性能标准、测试方法和要求的测试结果》,上述标准与现行国际标准有较大差距。

此外,交通部通信导航标准化技术委员会提出了一系列北斗一号民用车(船)载终端设备标准,包括:《JT/T591-2004北斗一号民用数据采集终端设备技术要求和使用要求》、《JT/T 592-2004北斗一号民用车(船)载终端设备技术要求和使用要求》、《JT/T590-2004北斗一号民用车(船)载遇险报警终端设备技术要求和使用要求》,该系列技术要求统一规范了用于船舶航行安全保障时,北斗一号终端设备应具备的技术条件和使用要求。这对确保海上遇险安全通信的畅通,提高海上安全保障能力,有着极大的推动作用。农业部渔业局、渔政指挥中心提出的北斗卫星导航系统渔业船载设备技术条件,对渔业北斗终端的技术要求和性能指标进行了规范,以保证渔政部门对渔船作业的监督和管理。

2.船用北斗接收机测试标准的展望

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,促进我国卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。

航海是卫星导航应用的重要领域,北斗系统形成国际海事领域的应用标准主要需经过三个环节:一是IMO将北斗导航系统认可为WWRNS一个组成部分;二是IMO认可北斗导航系统船用接收机性能标准;三是IEC通过相应的北斗接收机的性能和测试标准。此外,在需要RTCM.NMEA和IALA等组织协调通过相应的技术标准或要求。

201 2年我国《关于北斗应用于国际海事领域的议题》提案在国际海事组织第91届海安会上顺利通过,为后续工作的开展奠定了基础。

3.船舶北斗接收机标准建议

BDS BII公开服务信号内容包含基本导航信息和增强服务信息(北斗系统的差分及完好性信息和格网点电离层信息),适合航海导航应用。另一方面,近年来国际GNSS技术要求有很大的发展,满足IMO和IEC技术标准要求还有很多问题需要解决。

(1) ITU M.1477建议书在2012年被ITU-R M.1903替代,船用北斗接收机需要满足等同机载设备的抗干扰要求,需加强对抗干扰技术的研究。

(2) IMO A.953(23)决议在201 1年被A.1046(27)决议替代,该决议将水上全球无线电导航系统的要求分为两种,在海洋水域(Ocean Water)定位精度应优于100m,在进出港和沿海水域(Coastal Waters)定位精度应优于10m。目前,各卫星导航系统的单频标准定位服务或单频公开服务的精度只能满足海洋水域的定位要求,通过差分增强系统可满足其他水域的导航精度要求。所以需同步进行北斗差分系统标准的制定工作。

(3)标准化是系统工作,需同步开展北斗接收机接口等方面的标准化工作。

(4)标准的技术指标既需要理论计算分析,也需要试验数据支撑,需加快技术准备工作,特别是尽快开展差分北斗/GPS双模播发试验、北斗完好性测试、北斗导航精度的航行测试等技术试验工作。

(5)标准的编制,既要考虑满足产品用户对产品的使用要求和使用条件,又要考虑国内企业的技术现状,还要考虑促进技术进步、赶上国际步伐。标准编制与用户需求结合、与产品研发同步。在初期与航运用户、主管部门、测试机构、生产厂家达成共识,避免标准与产品的使用需求和研制能力脱节,造成资源的浪费。

(6)研究利用北斗增强服务信息,扩大北斗在海上服务水域范围的可行性。

对国内生产厂商而言,需进一步满足抗干扰、接收机自主完好性监视、差分增强等技术性能要求;对标准编制而言,需形成完好性的一整套理论模型和技术指标,建立全面的测试验证环境,引领国内企业率先达到指标要求。

四、结束语

推动北斗卫星导航系统(BDS)在航海领域应用,是提升我国海事航海保障能力及国家安全发展的需要。推进北斗导航系统及船用产品的国际标准化进程,取得IMO认可,并进一步推进其IEC标准工作,不但可以提高我国北斗系统的国际地位,更重要的是可以推进北斗卫星导航系统在航海领域的规范应用,使卫星导航系统与应用技术真正服务于我国航海航运领域。

参考文献见www.dcw.org.cn

卫星导航接收机 篇2

导航接收机的非对称异步FIFO设计

无线电导航系统接收机中采用了多个通道对各个基站发来的数据进行并行处理,在FPGA和DSP中需要相互交换各种不同宽度和传输速率的数据,文中在重点分析了FPGA中设计的非对称异步FIFO结构特点及设计难点的基础上,提出具有总线功能的.异步FIFO,即写入字宽和读出字宽不同的高速异步FIFO设计.采用VHDL语言描述,增加了硬件设计的可移植性和通用性,给导航接收机提供了一种简单有效的数据传输解决方案.

作 者：黄平何虎刚 徐定杰 HUANG Ping HE Hugang XU Dingjie 作者单位：哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨,150001刊 名：弹箭与制导学报 PKU英文刊名：JOURNAL OF PROJECTILES, ROCKETS, MISSILES AND GUIDANCE年，卷(期)：28(1)分类号：V241.62 TN911.72关键词：异步FIFO VHDL 亚稳态 Gray码 非对称 FPGA

卫星导航　玩转“五一” 篇3

选购一款适合出行的GPS

率先登场的是车载专用DVD式卫星导航仪，除GPS功能之外，还内建陀螺仪及车速信号连接线，可在GPS信号接收不良的情况下，依靠陀螺仪和速度连接线，计算车辆偏移的角度及距离，确保导航不中断，丰富的功能令人满意。这种产品能与车内装潢良好地搭配，凸现爱车的档次。其缺点在于体积一般较大，用户不便自行安装，操作系统和软件也必须使用专用的，兼容性不强。最重要的是它一万元左右昂贵的价格，非普通用户能够承受，让很多人望而却步。

与昂贵的车载专用GPS相比，GPS卫星接收器的价格十分便宜，平均在800元左右。一般情况下，与笔记本电脑、掌上电脑或者智能手机连接，再安装上导航地图软件便可进行定位导航了。GPS卫星接收器虽然便宜，但有些复杂的情况也令人头疼，如：初次使用时需安装复杂繁琐的连线并进行设置；拿离汽车时一手PDA、一手GPS接收器会显得十分累赘；在使用过程中由于接收器和主机分离，会出现不稳定的“漂移”现象等。

专业的GPS手持机，防震防水，硬如板砖，主要应用于野外探险，内含道路、辅助信息较少，地图显示得也较为抽象，由等高线显示出实际的山地、洼地和湖泊等地形，功能也只侧重于GPS定位。

最新出现的PND（便携式自导航系统）产品很好地解决了这些问题，开拓了卫星导航一个新的思路。PND这一概念是由宇达电通提出的，它将GPS功能整合到其PDA产品之中，无需外设和其他设置，开机便可进行定位导航，携带十分方便。在解决便捷性的同时，Mio PND还内置了丰富的道路导航、生活设施等内容。PND的价格适中，如宇达电通的Mio169和Mio269的价格均在5000元以内。最新的Mio C210将在“五一”期间以低于3000元的超低价冲击GPS市场。

综合以上因素，PND产品凭借其适中的价格、简单的操作、丰富的图资，成为自驾游者的首选。

如何搭建自己的GPS

安装PND产品十分简单，因为产品在设计中就将用户的安装问题考虑在内，尽量让用户的使用最简单化。出发前只需将原厂配件中的车载支架的吸盘端固定在汽车前挡风玻璃上，然后将PND轻轻卡入车载架中即完成了全部的安装过程。由于采用了大面积的真空抽压吸盘，车载架十分稳固，用户根本不用担心支架会因为车辆的颠簸而掉落下来。同时，可以使用PND配置的车载点烟器电源，无限延长PND的续航时间。需要提醒的是，如果你的爱车贴有含金属成分的防暴膜，你就需要另购一款外置天线以获得更好的GPS信号。

安装好之后，宇达电通PND无需多余的连线和软件设置，直接打开PND即可进行定位导航。在开机几十秒之后，PND将自动搜索到卫星信号，完成定位。用户只需要选择目的地，PND将会自动规划出前往目的地的最合理的路线，并且可通过设置一些规避点，规避一些不希望路过的地点，如收费站等。由于宇达电通PND内置的是全国的导航地图，所以驾车外出旅行的用户即使设定的目的地在外地，PND也能很好地完成路径规划，将城市内道路和城市间的公路网完美地结合起来，并能保存路径、设定兴趣点，方便与他人交流旅游心得。

除了定位导航，宇达电通PND还提供了其他丰富的功能。以Mio169和Mio269两款Mio PND产品为例，它们功能相近，但各有千秋。Mio169可一键切换竖、横屏，这是其设计的一大特点。它内置强劲的功能——详尽的地图数据包括全国各省市共300多个城市详细地图及主要大中城市之间的交通道路；地图画面的显示内容包括背景、道路、文本、地图记号等；还有丰富的导航信息数据库，包含加油站、酒店、快餐厅、银行、商场、超市和政府机关等128类生活资讯。配合详尽的地图，它有便捷高效的检索方式，更支持多种检索方式。用户偏离推荐路径后，系统能够及时为用户规划一条新的合理的路径。行驶过程中更有多种语音提示，交叉点、高速公路出入口都会提前提示，还会放大图显示。除了定位导航功能之外，Mio169还具有Office、Msn、Outlook等大量PPC功能。

Mio269虽只具备部分PDA功能，但其定位导航功能一点也不逊于Mio169。而且旅游信息比Mio169更为丰富。它拥有Mio GOGO旅游指南，里面按照全国行政区域的划分，将全国大量的著名旅游景点包含在内，详细的资料包括了景点的文字以及图片信息；除了旅游景点，GOGO里面还含有了各地知名的商场、酒吧、迪厅等娱乐场所。硬件上更有2.5G的微硬盘，支持其MP3播放器功能。为了弥补PDA功能，Mio269加入了最实用的联系人、日历功能，以满足一般用户的需要。

导航出行注意事宜

GPS只是驾车外出旅行时的一个辅助工具，考虑到临时的道路行驶规则的变动，驾驶者还应按照当时实际的交通规则行驶，这在PND的使用中也是有提醒的。驾驶者还可以设定超速提示，避免超速带来的危险。

驾驶者由于长途驾驶，眼睛会疲劳，此时应开启PND的语音导航功能，由PND通过语音为驾驶者导航；在夜间行车时，也可以开启PND的夜间模式，将屏幕变为黑屏，减小屏幕过亮对眼睛产生刺激。

当路过隧道、大型立交桥等有遮蔽的地方时，PND的卫星信号将在1分钟内丢失，这属于正常情况，因为GPS卫星信号只能在无遮蔽的环境中才能获得，PND将在无遮蔽的情况下迅速找回信号。如果实际驾驶中错过了PND行驶的路口，PND将自动重新规划路径，驾驶者可按照新路线前行，以避免继续多走冤枉路。

卫星导航接收机抗干扰技术探讨 篇4

伴随科技、社会的发展,卫星导航技术与应用领域不断创新,在我国已经服务大众,如汽车GPS、公共交通定位系统、停车系统等。但是卫星导航接收机的接收信息准确度、清晰度及实时性等功能一直在追求卓越,研发全能性、全天候、连续性、实时性等功能强的抗干扰接收器很迫切。

卫星导航功能中,卫星装备着导航接收器。由于工作环境日渐复杂,导致所用的卫星导航接收器易受到有意或无意的干扰,使其在接收信号过程中,造成卫星信号接收有延迟、定位精准度有偏差、测速效率有延缓等,最终将造成导航数据偏差,甚至无法搜索到有用信号,完成接收、处理、计算等任务。因此,对于卫星导航技术研究方面,持续研究着卫星导航抗干扰技术,其中抗干扰算法是导航接收机工作的关键要素,本文在这方面提出了解重扩抗干扰算法。

1 卫星信号组成及其接收机原理

1.1 卫星信号组成

卫星事业的发展除了研制出基于功率倒置算法的抗干扰接收机外,基于数字多波束型,自适应抗干扰接接收机仍未完善。国外公司依赖外部信息辅助,如利用惯导辅助进行测向等,主要是利用数字多波束接收机的工作原理。由此得知,系统性研究、利用GPS信号特点的盲自适应波束形成算法,将会成为未来GPS导航需要攻克的一大难题。

其中时域抗干扰算法基于实践的基础上,已经在空域和时域最小功率算法的分析和实现上做了许多的工作。依靠卫星星历信息、惯导辅助等手段获取卫星信号来向的信息被称之为空域自适应波束形成算法,但是仍然处于探索阶段。而基于对卫星信号波达方向估计算法研究较少,对于盲自适应算法的研究更为少见。

目前普遍使用的卫星导航系统大部分都是通过使用直接序列扩频的通信体制,对于扩频带宽其本身具有抗窄带的干扰能力。而GPS信号的扩频增益,便是这种抗干扰能力的主要取决方式,卫星导航接收机与码相关产品相比,则是在其之后才出产的。在于卫星接收机的距离限制方面,超过2万多公里以外时,发射信号功率会受到较大的影响从而导致信号功率较小,信号通过地面来进行传播时,强度仅仅只有-160b BW,与接收机热噪声电平相比,要低20d B左右。所以会出现在复杂的电磁环境下,由于干扰造成接收机无法定位的问题。

1.2 卫星接收机原理及存在的问题

每一颗卫星都有自己的C/A码,基于C/A码的获取则是通过G1的直接输出和G2延时输出序列异或得到的,对于两个抽头来进行异或获得G2延时效果,得到的序列则是随机序列,而相位发生了变化。对于C/A码来讲,不同的抽头方式便会生成不同卫星的[1]。

卫星导航接收机能够对于所有卫星的C/A码来进行复现操作以及使得复现的C/A码通过相位与接收的最大相同C/A连接和其它卫星C/A码所有的最小相关,C/A码之间对任何延时时间都不相关,因此不相关是不可能的,而对于互相关电平来说,在于接收机误捕获方面是基于多普勒频差以及C/A码的互相关函数峰值电平最大相关方面所导致的,而C/A码的互相观函数峰值电平最大相关可以差到-24d B,在于多普勒频率方面差1k Hz,两者差到-21d B。最小功率算法没有波束指向的能力,仅仅只能用来达到抑制干扰的作用,SCORE算法处理方式则对于实际应用来说仅仅只能作用于一个卫星信号,对于上述两点的优点进行吸收,数字多波束抗干扰接收机,既称之为陈列天线,其可产生多个波束,每个波束相对应一个卫星,这样接收机可以通过捕获、跟踪、最后进行统一定位。

2 系统抑制干扰性质解析

对于卫星导航系统而言,最常见的压制干扰、欺骗式干扰和卫星信号多径干扰,而压制干扰造成导航接收机失锁导致导航接收机产生误捕获时,那便是欺骗式干扰造成的,会对于定位的精准度造成偏差从而出现位置错误性展示以及卫星多径干扰致使导航接收机的精准度构成影响造成定位误差[2]。自适应天线阵技术的采用可以有效的来进行卫星导航系统的促进,最小功率算法、Capon波束形成算法、利用GPS信号特点的盲自适应波束形成算法都属于自适应天线阵技术。但是当压制式干扰、欺骗式干扰以及卫星信号多径干扰同时存在时,可以尝使用通用多类型干扰抑制算法来解决。

对于天线陈列增益处理供应无法执行造成最小功率法难以获得载噪比C/N完全适用性,影响了定位精度。此外,卫星信号在噪声中淹没,导致传统的高分辨率DOA算法失效,载噪比提高,因而需要研究自适应波束形成算法,采用盲自适应波束形成技术,但是由于卫星信号相对较弱,所以在研究盲自适应波束形成算法时,我们要充分考虑一下卫星的来进行分析研究[3]。

在此C/A码的周期重复特性来进行设想实施,基于波束形成的盲自适应抗干扰方案来根据该特性先估计阵列天线接收到的所有卫星来向信息,增加卫星信号的载噪比,对于干扰正交补空间投影矩阵抑制干扰而言通用多类干扰抑制算法以及新算法都需要采用,区别在于可利用卫星信号总起重复性估计卫星信号来向信息从而使陈列方向图信号成为主瓣,在干扰方面形成零陷[4]。

由于单通道单延迟互相关处理的GPS抗干扰算法无法充分利用其它阵元,便构成了其它阵元的单延迟数据无法进行有效性操作,易造成因为陈列快拍数少,导致卫星信号来向估计误差系数提高构成来向估计误差行概率大大的提升,在于该方法的判定方面,若无法完全的使用参考阵元表明其失效性,所以判定方法失败,因此Ui(t)(i=1…M)表示投影后数据表现展示出y(t)的第i个天线通道延迟C/A码周期后信号,展现为:

对于新算法来讲,主要是利用了C/A码的周期重复性从而估算卫星信号的波达方向,从而降低了波达过程中噪声分布的影响,相比更为稳健。其借用信号分离理论中CLEAN算法来估算卫星信号波达方向,在于阵元数大于通过波达方向估算信号源个数同样可以正常的操作运行。

3 解重扩抗干扰算法分析

CDMA的扩频通信系统则是GPS系统采用的组成,在于CDMA系统的盲自适应干扰算法便是基于扩频信息最小二乘解目标陈列来实现的并且通过此方法利用CDMA系统中多个用户扩频码信息来自适应多目标波束形成器加权矢量,对于解扩重扩多目标陈列的优点,在于卫星导航抗干扰中操作也是比较适用的,其可以通过合适的初始加权向量来决定算法性能,在于解重扩算法而言没有考虑到多普勒频率基础上应用对于解重扩技术操作抗干扰时要迁就卫星信号特殊性来变化以及改进算法。

对于新解重扩算法试验则是基于卫星信号远低于噪声电平特点,像以上所述一样,将陈列接收数据向干扰正交补空间投影来消除干扰信号,后而对投影后参考的天线输出信号抓捕,最后便是根据跟踪结果来重构卫星信号,通过此种方式把卫星信号来更新加权矢量。

对于空域解重扩算法相比来说,基本是相同的,对于重构卫星信号的使用以及投降后卫星信号互相关矢量的陈列加权空时解算法利用子空间技术抑制干扰来进行数据获取以及卫星信号重构的方式来实施处理的。下面我们来进行一下假设:

假设经投影后的第l个GPS卫星空时数据加权矢量为:

则有wt=ryr

通过联合子空间投影矩阵,可得知列阵总的加权矢量为:wtopt=Rxx-1ryr

则对第l个波束的输出公式为:

从而应用相对公式的带入引算,以及假设性试验,证实并说明了对于以前的解重扩算法相比,新的解重算抗干扰算法对于扩展空时域引起的卫星信号失真处理则是利用同态滤波均衡算法以及推导波达方向信息的结合来执行的。新解重扩算法与解重扩多目标阵列对比在于初始加权矢量的繁琐选择有了良好的处理对于接收器的紧耦合方面有着更好的特性,便于工程的简单便捷性操作实施,证实了基于新解重扩算法运用的数字多波束卫星导航抗干扰实时接收机测试更为完善。

4 卫星导航抗干扰技术发展趋势

为了干扰一直的研究工作而言多数团队自行研制了卫星导航抗干扰软件并且融合了信号仿真、抗干扰算法以及接收机,使用软件对于卫星信号干扰抑制、捕获、定位算法的研究以及跟踪工作进行了融入,在于以上新算法公式引入得来,并且借助了软件实现仿真验证、通过不同类型干扰算法对接收机进行测评,为卫星导航抗干扰接收机设计方面、实现以及优化公式算法铺垫了稳定的发展道路,下面简单给大家介绍下卫星导航抗干扰软件组成部分。

一般情况下卫星导航抗干扰软件都是由高保真接收信号模块、定位结果显示模块、抗干扰算法模块、接收机模块组成的。

该软件可以根据用户配置信息自动模拟可视化卫星信号方面具有较为突出的特性,其可以基于需要提供相应的空时联合域信号和空域信号以及时域信号,并且通过域中卫星和干扰以及噪声信号随意设定噪比和干噪比,对于信号中包含的中频、采样、量化比特和采样时间引入电离层/对流层误差是否具备等信息都可以通过设定来获取[5]。

5 结束语

无论是GPS、GLONASS还是Galileo系统,由于环境的变化,容易受到干扰,卫星导航系统抗干扰算法和关键技术研究一直被关注。本文提出了卫星导航接收机的改良算法,希望对卫星导航抗干扰技术做出贡献,同相关技术工程人员共同深入研究。

摘要：为了能够提高卫星导航接收机在复杂工作环境的工作性能,接收到精准信息,其抗干扰技术一直在改进和研发中。本文介绍了卫星导航接收机的组成,分析了其接收码特征;针对问题,研究了系统干扰抑制的本质,提出了解重扩抗干扰算法。希望本文可以为卫星导航接收机抗干扰技术带来一些技术支持。

关键词：卫星导航,接收机,解重扩抗干扰算法

参考文献

[1]王纯.卫星导航接收机自适应抗干扰方法研究[D].西安电子科技大学,2011.

[2]崔玥.卫星导航系统接收机抗干扰技术研究[D].天津大学,2012.

[3]卢丹.稳健的全球卫星导航系统抗干扰技术研究[D].西安电子科技大学,2013.

[4]俞泽湉.卫星导航系统空域抗干扰技术实现与实验研究[D].西安电子科技大学,2011.

卫星导航接收机 篇5

教材分析

本科教学内容分为三个部分。第一部分通过对卫星导航仪的介绍，了解它的基本功能，并由此引出卫星定位导航技术。第二部分介绍了卫星定位导航技术的概念和应用，以及卫星定位系统的丞，强调了要想实现导航，首先必须定位，然后利用导航软件和数字地图进行路径的选择和优化。

学情分析

鉴于多数学生已亲身体验过卫星定位导航，可以让熟练的学生进行课堂演示，做一回“小老师”。

预设教学目标

1.认识卫星导航仪;2.认识卫星定位导航技术的应用。

教学重点 认识卫星导航仪。

教学难点

认识卫星导航技术的应用。

课时安排： 1课时 预设教学过程：

一、导入

大家知道或者了解卫星导航仪么？ 学生思考、讨论、交流。

二、新授

教师：介绍重量的知识和概念。1.生介绍卫星导航技术知识。①教师提出任务：生自读概念。②卫星导航仪又是如何工作的呢？

③生自读课本了解相关原理和知识。经验交流：把自己的亲身经历与大家分享。

2.认识卫星定位导航技术

①阅读课本，初步认识卫星导航仪。②指名学生说出卫星导航仪的操作特点。

③深入介绍，加深学生印象，使学生对物联网的应用有更加深入的了解。3.课后完成实践园。4.认识卫星导航仪的应用

①师介绍卫星导航仪的应用，使学生了解其应用非常广泛。②思考：北斗卫星导航系统的示意图，学生思考、讨论、交流。③按照要求完成探究屋的内容。（四人小组协作完成）填写成果篮。

三、课堂小结

教师：这节课同学们学习了卫星导航仪，认识卫星定位导航系统以及其在实际生活中的应用。课后希望大家通过自己的观察、调查等相关的途径，更加客观清楚的认识卫星导航仪，了解卫星定位导航的技术应用，在生活实践中体验到卫星导航带给我们的方便和巨大作用。

教后反思：

鉴于多数学生已亲身体验过卫星定位导航，建议可对卫星定位导航和百度地图导航的差异性进行适当讨论。百度地图提供了丰富的公交换乘、驾车导航的查询功能，以及最适合的路线规划，它主要是依靠的地图数据库和准确的地理位置来获得导航信息。而卫星定位导航则能根据当前的具体位置，进行实时的导航。

随着公路网的日趋增多，以及行车途中影响车速的因素愈加复杂，诸如天气、车流情况、路面质量、信号灯及路面吞吐量等，如何在出发点与目的地间选择一条最合适的路线就显得越来越重要。因此，建议在教学中适当引入对该问题的思考，激发学生科学探索的兴趣。

监视全球的卫星导航 篇6

卫星导航技术开创新纪元

人造地球卫星的出现，使人们有条件把无线电导航台搬上天空。如今，卫星导航系统能为地球上任何地方的用户，提供全天候、连续、实时的导航数据，指出用户在空间的精确位置（经度、纬度和高度），以及航行的速度等。美国的全球定位系统于1973年开始研制，包括二十四颗卫星，这些卫星都是按照预定的规律分布在轨道上的，分三个轨道平面，每个轨道面上有八颗卫星，轨道高度为两万多公里，二十四颗卫星均匀地绕地球运行。对世界各地的各类用户，如飞机、舰船、地面车辆，甚至导弹和低轨道的卫星等，都能做到有“求”必“应”。例如，迷路的部队，只要按下小型接收机的“定位”按钮，就可以立即知道自己所在位置的精确坐标，以及与目的地之间的距离和方向。

这二十四颗卫星的布置方式，保证了地球上任何地方、任何时刻至少能看到其中的六颗卫星，而实际上用户只要用四颗卫星就可以确定自己位置的精确经度、纬度和高度。

导航卫星定位系统如何定位

导航卫星全球定位系统利用三个双曲面相交确定空间点的位置。形成双曲线的几何原理是：到两个固定点的距离差为常数的动点之轨迹，是以这两个固定点为焦点的一条双曲线。平面上两条双曲线相交就能确定一个点的位置。如在海上航行的船只，同时测量到三个地面导航台站的距离，可以得到两组距离差，因此可以得到两条双曲线位置线，这两条双曲线的交点即是船的位置。同样，如果用户接收机同时测量到四颗卫星的距离，就能得到三个独立的距离差方程，也就可以计算出三个相应的旋转双曲面，三个旋转双曲面的交点即是用户接收机在空间的位置。

二十四颗卫星向地面不断发送经过加密的密码导航信号，密码信号中包含各种数据，如卫星每时每刻轨道上的位置，精确的时间数据等，密码信号是用L波段的两个频率（1227.6兆赫和1575.42兆赫）发送的。全球定位系统用户，不论是在陆地、海洋和空中航行的船只、飞机、车辆、导弹等，只要配备合适的接收机和数据处理设备，就能接收到四颗卫星发送的密码信号。根据计时测距的原理，用无线电测量技术可测得不同的时差，把这些测量数据传输给高速电子计算机计算，就可立即得到用户的确切位置。最好的接收机，获得的位置数据，误差不超过十米。该系统用户数量不受限制，且用户本身不需要发射电磁波，对用户具有较好的保密性，很适合军事用户的保密要求。

二十四颗卫星是全球定位系统的关键。卫星带有精确的原子钟、微处理机和无线电密码信号发射机等关键设备。卫星上原子钟是精确定位所必需的，原子钟偏差十亿分之一秒就会引起测距误差0.4米。目前，卫星上所用的原子钟，每昼夜偏差约为一千万分之一秒，使用这样精确的钟，在定位精准度为十米时，要求对原子钟每3到4小时校正一次，才能达到要求。而目前正在试验的一种性能较好、更为稳定的绝原子钟，每三十万年误差小于一秒，每昼夜只差一亿分之一秒，这种钟在一周内校正2到3次就够了。

地面控制设施相辅助

卫星上除装有上述关键的导航设备外，还得装上保证卫星正常工作的系统。如为卫星供电的太阳电池帆板，蓄电池和卫星姿态控制系统等。

要使二十四颗卫星所发射的密码导航数据准确无误，这就要靠地面控制设施完成。地面控制设施包括一个主控站、四个监控站和一个数据注入站。它们负责跟踪和监视所有的卫星，并把接收到的数据汇集到主控站进行数据处理，准确计算并预报卫星运行的精确轨道和时间，并对卫星上的原子钟进行校正，使整个卫星系统时间同步。数据注入站则会定期把预报的卫星精确轨道星历数据发送给卫星，更新旧轨道星历数据，利用卫星上的微处理机把数据存储起来，编成密码向地面发送。

有了全球定位系统，可以大大提高陆、海、空三军在全球范围内的作战能力，以及武器系统的命中精准度，如洲际弹道导弹、战术导弹等都可安装全球定位系统接收机，在飞行中定位，用于中途制导，修正惯性导航系统累积误差，增加命中精准度。也能使战略轰炸机精确测定投弹点的位置，这就是全球定位系统的战略意义。全球定位系统对石油和矿床的勘探、开发和地形地图的测绘等事业也有促进作用。我国全球定位系统的密码信号已部分公开供民用导航使用，并将于2020年推出自己的全球导航定位系统，为全球客户提供精确的导航和定位。

卫星导航接收机 篇7

1北斗二代卫星导航接收机的发展特点

现如今使用的北斗二代接收机是在集成电路的应用基础上建立的一种新型的接收系统, 并且经过全面的升级和改进, 使二代卫星导航接收机有了更新型的发展特点。一方面, 二代卫星导航接收机将从单一的GPS导航系统向多系统兼容导航系统的时代迈进, 多系统的导航系统能够发挥出单一的GPS导航系统的功能, 而且还能够更好的实现系统的连续性和实用性, 这样的多系统兼容的导航系统将会得到更加全面的发展。另一方面, 随着信息化科技的发展, 现如今的卫星导航系统与手机移动通信必须做到相应的融合已达到室内定位的整体服务, 也就是卫星导航系统应该做到信息化的融合, 做到电子移动设备与系统信息的融合, 特别是与手机等移动客户端之间的融合。目前已经有很多移动设备做到了信息的融合, 这样就可以在任何时间、地点实现相应的定位作用和服务, 为实现全面的室内监控成为可能。为了达到此要求, 一定要保证卫星导航接收机的高灵敏性以及减少室内环境不必要的噪音等因素的影响, 这样才能够全面的达到室内监控服务的发展要求。最重要一方面, 一定要在二代卫星导航接收机中应用软件无线电接收机系统, 这样就可以实现卫星导航的软件化设计, 也可以全面的降低导航系统的投入费用。

2北斗二代卫星导航接收机信号捕获

北斗二代卫星导航系统主要也是一种GPS导航系统, 主要通过码分多地址的方式来区别卫星的不同, 并且在卫星上通过直接序列扩频技术进行导航数据的调制处理。接收机接收到的信号主要是不同卫星发出的信号的组合形式, 而信号的捕获主要是对相同的频移以及码相位进行寻找, 从而剔出相同的信号载波和伪码。在信号的捕获过程中可以通过线性搜索以及并行频率和并行码搜索的算法方式进行捕获。其中线性搜索的方法主要是从频率搜索的中间位置开始对码相位以及多普勒频移进行一定的搜索, 一直搜索到符合要求的信号频率为止。线性搜索的原理简单, 适用范围广而且能够实现不同信号的搜索, 但搜索速度太慢是一个最主要的缺点。而并行频率和并行码相位的搜索方式速度就特别快, 主要是针对相同的搜索单元进行一定的信号搜索方式, 这样就可以通过控制码相位以及频率来进行相应的信号捕获, 虽然原理相对比较复杂, 但可以快速的完成信号的捕获功能。

3二代卫星导航接收机信号的跟踪处理

信号的跟踪处理工作是为了更进一步的完善信号的捕获处理, 经过后期的跟踪处理可以得到更准确具体的载波频率以及码相位信息。这样就可以得到更精准的信号信息, 并实现精准信息的稳定。卫星导航的信号跟踪主要是针对捕捉中的码相位以及多普勒频移两方面, 它是捕捉的更精准的一种表现形式, 跟踪处理主要是根据输入信号的不同来构建一个窄带的滤波器, 通过改变不同的输入信号来改变滤波器的频率, 以此来完成信号的跟踪处理。最常见的跟踪处理方式主要包括码跟踪和载波跟踪的方式, 其中码跟踪主要是选取输入进来的中频信号以及载波信号中分出的两路载波分量进行相乘, 经过一定的积分求和后得到两路信号, 经过处理使它与原码相位相同, 以此来实现信号的跟踪处理。而载波跟踪主要是通过接收机中的中频信号与载波的正弦分量和余弦分量进行相乘, 当载波频率接近一致的时候, 就可以得到两路准确的基带信号, 再将基带信号与即时码进行相乘积分求和处理后就可以得到不含载波和伪码的信号。

4卫星导航接收机信号的仿真处理

完成了相应的捕获和跟踪之后一定要进行相应的信号仿真处理, 这里主要是通过硬件来完成对捕获信号的功能验证处理工作。在对硬件产生的数据进行仿真处理时, 可以通过Lab View软件来对数据信号进行相应的仿真处理, 这样就可以通过Lab View软件对卫星导航数据进行二进制读取, 再通过转换处理来达到相应的数字信号以供使用, 只有将捕捉以及跟踪所得的信号进行相应的仿真处理才能够得到所需要的信号数据信息。

随着信息化技术的全面发展, 只有适应现阶段的发展要求, 全面推进全球导航定位系统才能够更好的实现社会的全面进步, 同时进一步的带动人们的生活水平的提高。同时要实现卫星导航与移动设备的融合才能够更好的对用户进行位置和信息的全面监控。只有在信号的上更好的完成信号的捕捉和信号的跟踪处理工作才能够更好的收集卫星导航信号, 再通过相应的仿真处理工作来进一步实现信号的处理工作。总之, 信息化的时代已经来临, 一定要全面提高北斗二代卫星导航接收机的技术水平, 更好的完成监控和服务工作。

参考文献

[1]王博, 焦海松, 谷庆等.北斗接收机动态定位精度测试与分析[J].导航定位学报, 2014, 2 (2) :109-112.

[2]蔺晓龙, 何文涛, 徐建华等.北斗卫星导航接收机中类相干积分算法[J].计算机仿真, 2013, 30 (11) :46-49, 142.

卫星导航接收机 篇8

在卫星导航技术中,长周期码由于周期长、码速率高,信号深埋在噪声之下,而卫星导航接收机又在体积功耗等方面受到限制,在最开始设计的时候,长周期码并不是用来直接进行捕获的,而是要先捕获周期较短的伪随机码,再由周期较短的伪随机码辅助进行长周期码的捕获,但是这种方式进行长周期码的捕获所需时间较长,并不能满足所有应用场合的要求,因此就要求不通过周期较短的伪随机码,直接进行长周期码的捕获。为了能够快速精确地直接捕获长周期码,科研人员探索出了各种不同的算法来改进码搜索算法和信号处理技术,提高码搜索效率,例如FFT、匹配滤波、Y-EXPRESS等。然而,这些算法无一例外地需要进行大量的数据积累,这些数据都需要存储器进行存储,若用FPGA实现捕获算法,由于其片内RAM资源有限,因此必须外扩存储单元。由于本身具有高速率和高容量的特点,DDR SDRAM[2]非常适合作为卫星导航接收机的外扩存储器,在卫星导航长周期码的捕获中具有广阔的应用前景。

1DDR SDRAM操作的基本原理

以512 Mbit的DDR SDRAM MT46V32M16为例,其为8M32位的DDR SDRAM,地址空间分为4个块(Bank),每个块具有8 M的存储空间,其中行(Row)地址8 K,列(Column)地址1 K。DDR SDRAM的地址线包括2位块地址、13位行地址与列地址复用的地址线。

DDR SDRAM时钟输入信号为差分信号CK/CK#。CK为时钟正端,CK#为时钟负端,一般把CK正沿和CK#负沿的交叉点称为时钟的正沿,而把CK的负沿和CK#的正沿交叉点称为时钟的负沿。DDR SDRAM的控制信号和地址信号是由输入时钟信号(CK/CK#)的正沿打入,需要控制信号和地址信号相对CK/CK#信号满足建立保持时间要求。DDR SDRAM的控制信号包括片选信号CSn,行地址选通信号RASn,列地址选通信号CASn和写命令WEn。DDR SDRAM命令及控制信号如表1所示。

1.1读写操作

DDR SDRAM数据的读出和写入是由数据线DQ与数据屏蔽线DM和数据选择线DQS配合完成的。数据屏蔽线DM是伴随着输入数据的数据屏蔽信号,只有数据屏蔽信号为低时,DDR SDRAM才对输入数据进行采样。数据选择线DQS是DDR SDRAM的数据采样时钟,读写数据的采样均依靠此随路传送的时钟来进行。这个采样时钟与数据线一样,是双向信号,同时也不是一个始终在翻转的时钟信号。在读操作的时候,DDR SDRAM在送出有效数据的同时将有效的采样沿DQS送出,写操作的时候,DQ也要伴随着输入的DQS信号进行采样。

1.2初始化

DDR SDRAM在使用时需要进行初始化操作,其步骤分由2部分来完成:第1部分是硬件上电,待时钟稳定之后等待200 μs的延时;第2部分则由DDR SDRAM控制器来完成:① 执行一次空操作,同时将时钟使能信号CKE置为高有效;② 对所有的块(Bank)进行一次预充电操作(Precharge All)操作;③ 设置扩展模式寄存器(BA1BA0=01),设置DLL及驱动能力(Drive Strength)选择;④ 设置模式寄存器(BA1BA0=00),对CAS延迟(CAS Latency)、突发长度及突发类型进行设置;⑤ 等待200个时钟周期,这是因为在设置模式寄存器DLL复位之后需要等待200个时钟周期才能够进行读操作;⑥ 对DDR SDRAM中所有的块进行一次预充电操作(Precharge ALL),使所有的块进入idle状态;⑦ 之后连续进行2次刷新操作,并再次设置模式寄存器但不要对DLL进行复位操作。至此,DDR SDRAM的初始化操作完成。

1.3换行、激活及刷新

在DDR SDRAM初始化完成之后,就可以对其进行读写操作了。在对DDR SDRAM进行读写操作时,若要访问某一Bank中的一行的某一个地址,需要使用激活命令(Active)将该行激活,之后才能对该地址进行读写操作,在对该地址访问完毕之后,继续对其他地址进行访问,若即将访问的地址与当前地址处于同一行,则可直接对即将访问的地址进行读写操作,否则就要先执行一次预充电命令(Precharge)关闭当前行,再执行一次激活命令(Active)激活即将访问的地址所在的行,之后才能对即将访问的地址进行读写操作。

DDR SDRAM采用电容存储数据信息,为避免电容漏电造成数据丢失,DDR SDRAM必须定时进行刷新操作(Refresh),刷新周期为15.635 μs,在进行刷新操作时,DDR SDRAM不能进行其他操作,但刷新操作并不需要严格按照15.625 μs的周期进行。

2DDR SDRAM控制器的设计

DDR SDRAM控制器的作用主要是完成对DDR SDRAM的初始化、读写和定时刷新等操作,通过DDR SDRAM控制器,用户(可以是FPGA中实现具体算法的模块,也可以是外部DSP等处理器)可以方便地对DDR SDRAM进行读写。

在用户通过DDR SDRAM控制器对DDR SDRAM进行读写操作时,用户将准备分别在时钟的上升沿和下降沿写入DDR SDRAM的16位数据作为32位并行数据一次输入到DDR SDRAM控制器,同时输入地址及写使能命令,用户进行读操作的时候过程与写操作则正好相反。

如图1所示,DDR SDRAM控制器主要由控制单元、用户接口、数据转换单元和DDR SDRAM接口4个部分组成。

2.1控制单元

控制单元主要完成的任务是控制DDR SDRAM读写过程中的状态转换。控制单元通过对外部输入的控制信号进行命令解析,进行自身主状态机的状态跳转,从而经由DDR SDRAM接口控制DDR SDRAM完成如预充电、刷新、设置模式寄存器和读写等不同操作。

控制单元的状态机如图2中所示。首先对DDR SDRAM进行初始化设置,之后进入空闲状态,再根据不同命令的到来,跳转到不同的状态,当自动刷新计数器计满,发出自动刷新请求的时候,状态机跳转到自动刷新,在完成刷新操作之后,跳转回空闲状态。当检测要访问不同行的地址时,首先跳转到预充电状态,在完成预充电操作之后,重新跳转回空闲状态,并继续进行接下来要进行的读写操作。在进行读数据操作时,状态机首先跳转到激活状态,以确保在进行读操作之前当前地址所在行处于激活状态,在进行激活操作之后,状态机跳转到读状态,在发出读数命令之后,进入读等待状态,等待之后,状态机根据下一个命令选择继续进行读操作,进入写操作还是跳转回空闲状态。在进行写操作的时候,状态机的跳转过程与读操作类似。

控制单元的另一个作用是对用户输入的地址进行译码,将其分解成块地址和行或者列地址,再通过DDR SDRAM接口输出给DDR SDRAM。

2.2用户接口

用户接口的作用有:① 提供一个可以让用户(这里指FPGA内部需要向DDR SDRAM进行数据存取操作的模块或者外部通过DDR SDRAM控制器间接对DDR SDRAM进行读写操作的DSP等处理器)写入输入数据,读出输出数据和写入读写地址的接口,以及输入读写控制信号的控制接口,并且具有向用户输出必要指示信息的指示信号,如指示读取输出数据的提示信号,标志写数据FIFO和读写地址FIFO满的标志位等;② 应当为写入的数据和地址以及读出的数据提供一定深度的FIFO通路,以防止当DDR SDRAM控制器在对DDR SDRAM进行刷新等操作或者用户写入数据速率太快的时候造成数据丢失或者数据地址错位的情况发生。

2.3OAM机制

由于DDR SDRAM采用了双数据率技术,其数据在时钟的上升沿和下降沿都有效,其采样率是DDR SDRAM控制器输入数据采样率的2倍,所以DDR SDRAM采用了将上升沿数据和下降沿数据同时并行输入的方式。在将数据输出给DDR SDRAM之前,DDR SDRAM控制器需要将其重新拆分为2段,分别在时钟的上升沿和下降沿写入DDR SDRAM,并将从DDR SDRAM的时钟上升沿和下降沿分别读出的数据拼接起来,并行输出。这就是数据转换单元完成的主要工作。

2.4DDR SDRAM接口

DDR SDRAM接口的主要作用是将控制模块送来的地址和控制命令在时钟的上升沿传送给DDR SDRAM;将数据转换模块传来的数据在采样时钟的上升沿和下降沿发送给DDR SDRAM;接收DDR SDRAM在采样时钟的上升沿和下降沿发送的数据传送给数据转换模块。

Virtex4器件提供了专门用于双数据率输入的寄存器组IDDR和专门用于双数据率输出的寄存器组ODDR,可通过在程序中例化原语IDDR和ODDR实现。

2.4.1 IDDR

IDDR对在时钟下降沿输入的数据是通过输入IDDR的时钟进行翻转之后进行采样得到的。IDDR共有3种工作模式可供选择:OPPOSITE Mode、SAMEEDGE Mode和SAMEEDGEPIPELINE Mode。这里仅对OPPOSITE Mode进行介绍。文献[1]中的图7-2和图7-3分别是OPPOSITE Mode下IDDR的结构框图和时序图。其中C为时钟输入端;CE为IDDR使能信号;D为双数据率输入端;Q1、Q2分别为上升沿采样数据输出端和下降沿采样数据输出端。从IDDR的结构框图可以看出,时钟C为寄存器1的输入时钟信号,并在反转之后作为寄存器2的输入时钟信号,且寄存器1、2均是在输入时钟信号的上升沿进行触发,所以寄存器1是在时钟C的上升沿进行触发,而寄存器2是在时钟C的下降沿进行触发。当数据通过IDDR的输入端D在时钟C的上升沿和下降沿输入IDDR时,在时钟C的上升沿,由寄存器1对D上数据进行采样,再由寄存器1的输出端Q1输出,由于寄存器1只能在时钟C的上升沿触发,因此每个输出数据可以保持一个时钟周期,而在时钟C的下降沿,由寄存器2对D上数据进行采样,再由寄存器2的输出端Q2输出,同样每个输出数据可以保持一个时钟周期。从时序图上可以看出,Q1和Q2端输出的数据相差四分之一个时钟周期,且每个数据均保持了一个时钟周期,这样IDDR的上层模块只需要在每个时钟周期的上升沿同时读取Q1和Q2端输出的数据,就可以保证读回的数据不会丢失。

2.4.2 ODDR

与IDDR类似,ODDR对在时钟下降沿输出的数据是通过输入ODDR的时钟进行翻转之后进行采样得到的。ODDR共有2种工作模式:OPPOSITEEDGE Mode和SAMEEDGE Mode。这里仅对SAMEEDGE Mode进行介绍。文献[1]中图7-23和图7-24分别是SAMEEDGE Mode的结构框图和时序图。其中C为时钟输入端,CE为ODDR使能信号;D1、D2分别为上升沿和下降沿数据输入端,OQ为双数据率输出端。从ODDR的结构框图可以看出,时钟C为寄存器1、2的输入时钟信号,并在反转之后作为寄存器3的输入时钟信号,且寄存器1、2、3均是在输入时钟的上升沿进行触发,所以寄存器1、2是在时钟C的上升沿进行触发,而寄存器3是在寄存器1、2触发之后的半个周期之后的时钟C的下降沿进行触发。当D1和D2的数据同时输入给ODDR时,在时钟C的上升沿被分别读入寄存器1和寄存器2并由寄存器1、2分别保持一个时钟周期,寄存器1在触发之后将D1上数据直接送给DDR MUX输出,而在寄存器1、2触发半个周期后到来的时钟C的下降沿,寄存器3触发并将寄存器2保持的D2传来的数据传给DDR MUX,在DDR MUX的输出端,D1和D2上传来的数据在时钟C的上升沿和下降沿分别保持半个时钟周期,这样就实现了单一时钟频率下的双数据率传输。

2.5时钟管理单元DCM及实现结果

时钟管理单元DCM用于产生各模块工作时钟clk和移相90°的时钟clk90和二倍频时钟clk2x信号。DDR SDRAM的差分输入时钟同样也由该模块产生的。该DDR SDRAM控制器是在Xilinx的ISE8.2环境中采用Virtex4系列的xc4vsx35-FF668实现的,共用了607个Slice、2块RAM模块和一个DCM模块,占用可编程资源1%。图3为该DDR SDRAM控制器读写控制时序。

3结束语

DDR SDRAM是新一代存储器,具有容量大、读写速率快等优点,同时成本低廉。随着现今通信和嵌入式领域对处理器的外扩存储器要求越来越高,DDR SDRAM一定会得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]XilinxInc,2005,9:309-318,342-351.Virtex4User Guide[S].

[2]DOUBLE DATA RATE(DDR)SDRAM[S].Micron Inc,2000:8-38.

[3]Olivier Despaux.DDR SDRAMController Using Virtex4FPGA Devices[S].XilinxInc,10,2005:1-16.

[4]Maria George.Memory Interface Data Capture Using Direct Clocking Technique[S].XilinxInc,9,2005:1-11.

卫星导航接收机 篇9

在现代通信系统中,要使信号能够更可靠地在信道中传输,往往需要在信道编码中采用纠错码来降低信号受噪声的影响,以降低传输的误码率。卷积码及其Viterbi译码是常用的信道编码方案[1,2,3]。卷积码在GNSS接收机中得到应用,其中约束长度K=7,码率为1/2 的卷积码已经成为商业卫星通信系统中的标准编码方法。在卫星定位系统中,GPS L2频点和GALILEO E1的电文均采用卷积码编码,目前在定位接收机中用软件进行Viterbi译码较多,为了提高处理速度通用性,本文设计一种基于FPGA的通用高速Viterbi译码器,能作为GPS L2和GALILEO E1的电文的译码器,大大减少资源使用,提高接收机的处理速度和减少软件复杂度,从而节约处理器的资源。

1 卷积编码及Viterbi算法基本原理

卷积码包含由K个寄存器组(每组包括k个比特,k通常取1)构成的移位寄存器和n个模2加法器,其中K是约束长度,编码器的输出由当前输入数据和寄存器组中的数据共同决定。对于GPS L2 和GALILEO E1均为(2,1,7)卷积码,其生成多项式为G=(171,133),电路图如图1所示。(2,1,7) 卷积码编码器由6个延时器(图1中的q-1模块, 可用寄存器实现)和两个模2加法器组成,它的编码约束度为7,码率为1/2,即输入端输入1 b信息,输出端输出2 b编码信息,并分为上、下两路并行输出[4]。

对信号进行卷积编码后,通常采用Viterbi算法(VA)译码。Viterbi算法是对于卷积码的最大似然译码,即利用概率译码。1967年Viterbi第一个提出了这个算法,Forney对这种算法及其性能做了可读强、见解深刻的描述[1]。最大似然译码函数,就是在已知收到的信道输出序列,找到最有可能的传输序列,即通过网格图找出一条路径对应,要求路径输出的码序列具有对数最大值。对于二进制对称信道来说,函数的最大化等价于在网格图中找到与接收序列之间有最小汉明距离的路径[5]。

Viterbi算法是通过动态规划的方法找出网格图中具有最大度量的最大似然路径,即局部最优等效全局最优。在每一步中,它将进入每一状态的所有路径进行比较,并存储具有最大度量值的路径,即幸存路径,步骤为[4]:

(1) 从时刻l=m开始,计算进入某一状态的单个路径的部分度量值,并存储每一状态的幸存路径及其度量值。

(2) l增加1,l=m+1,将进入某一状态的分支度量值与前一段时间的幸存度量值累加,然后计算进入该状态的所有最大度量的路径,决定并存储新的幸存路径及度量,并删除所有其他路径。

(3) 若l<l+m,重复步骤(2),否则结束。

该算法主要包括两个工作:计算度量并比较,其决定幸存路径;另一个是记录幸存路径及其相关的度量值。

2 基于硬件描述语言的Viterbi算法

Viterbi算法一般采用回溯法和寄存器交换法。为了减少控制的复杂度,本文采用回溯法,译码器由分支度量(BMU)、加比选(ACS)蝶形运算、存储单元、回溯(TB)单元4个基本部分组成[6],见图2。

利用二元卷积来说明VA译码过程如图3所示。

图4为用实线表示输入为0时走的分支,虚线表示输入为1走的分支,任意给定一个序列,在网格图中就有一个特定路径,图4中, u=(1011100),输出的编码为c= {11_10_00_01_10_01_11}。

2.1 分支度量单元

路径度量单元是计算实际接收到的码元与期望码元之间的差别。G1与g1比较,G2与g2比较,若接收信号为0,期望值为0时,度量值为0,期望值为1时,度量值为1;若接收信号为1,期望值为0时,度量值为1,期望值为1时,度量值为0。两个比较结果和作为最终度量结果输出。按此规律计算当前状态下进入下一个状态的度量值。

2.2 加比选蝶形单元

加比选(ACS)单元是完成幸存路径的延伸和判决向量的生成,计算过程包括度量值的累加、比较、选择路径操作[7]。对(2,1,3)卷积码而言,共4个状态,组成2个蝶形运算单元;而(2,1,7)卷积码则64个状态,组成32个蝶形单元。在K=7的卷积码中,有64个状态的路径,所以根据待译码的长度,适当增加累加值的位宽,防止度量值溢出。

2.3 幸存路径存储单元

幸存路径存储是用来存储每次蝶形运算完成单元后所选择的路径,存储单元的大小为译码深度乘以状态个数。对每一个加比选过程的存储,实际就是对幸存路径的存储。

2.4 回溯单元

由VA算法可知,在网格图上经过大约5倍的约束长度之后,所有幸存路径将汇聚到一起。因此选择合适的回溯长度L,并从任一条路径开始(比如0状态)开始回溯,当回溯到L个节点时开始输出译码比特。

3 GPS L2和GALILEO E1接收机的高性能Viterbi译码具体模块设计

根据GPS和GALILEO的接口文件,L2频点电文采用(2,1,7)卷积码的形式,码多项式为(171,133)o,且与GALILEO E1的卷积码格式相同, GALILEO采用分段卷积的形式,参与卷积的为每页中不包含同步头的部分,即120位进行卷积。为了能同时作为GPS和GALILEO 的译码器,设计译码深度为120的译码器。

接收机的Viterbi译码模块包括:地址译码模块、数据加载模块、Viterbi译码模块、输出控制模块。为了提高译码器的性能,Viterbi译码模块的加比选蝶形单元采用32个并行结构,提高运算速度。

3.1 地址译码及数据加载

地址译码包括总线读写译码,由于Viterbi模块作为一个独立模块,内部地址采用自己的译码设计。

深度为120的Viterbi译码器,需要输入240个卷积码,对于总线32位CPU,需要8次写入完成数据输入。最少需要8个地址单元,Viterbi译码输出最少需要4个地址单元,译码状态中断输出,状态位清除,即整个译码器模块需要14个地址单元。地址线需要4根即可。

地址译码电路采用组合逻辑设计。译码状态中断输出、状态位清零采用不同时钟域同步。

数据加载模块是加载寄存器内数据,然后按照顺序,1次按2位串行输出。

3.2 Viterbi译码模块

Viterbi译码模块采用的译码深度为120的(171,133)o译码设计,译码器结构如图6所示,由译码控制单元、度量值计算单元、蝶形运算、幸存路径存储、回溯输出单元构成。

(1) 蝶形运算单元。

按照(2,1,7),多项式为(171,133)卷积码特点,基本蝶形单元分布见图7。对于约束长度为7的卷积码,共计64个状态,形成32个基2的蝶形运算单元见图8。

蝶形单元的输入信号为上次的度量和,与接收码本蝶形单元中理论输出码的码距度量,如图9所示。

输出信号为幸存路径、度量值和,选择输出为1,不选输出为0,如表1所示。

(2) 幸存路径存储。

经过蝶形单元运算的输出,幸存路径,64个状态,幸存路径为64位,表示该状态有或无,每进行一次蝶形运算,存入一个64位路径信息,存储器的写入控制信号和地址信息由状态控制单元发出,存储空间为120×64 b。

(3) 回溯及输出。

回溯过程即从地址最后向前一次读取幸存路径的值,得出译码电文。如图10所示。

(4) 状态控制单元。

状态控制单元是对整个译码过程的控制,复位后,系统处在空状态,收到输入的待译数据后,进入加比选状态,按照数据流顺序进行加比选蝶形运算操作,进入到译码深度的长度的加比选后,转入译码回溯输出单元,从最后一个回溯到第一个时,即完成回溯,同时输出译码电文和译码完成中断,系统再次进入等待状态,如图11所示。

4 仿真及接收机测试结果

GPS/Galileo接收机通用的Viterbi译码器设计通过Modelsim仿真,能够得出正确译码结果[8,9],编码后在240个码序列的228之前加入1位或2位错误码,均能正确纠错,得到正确的译码结果。

译码延时260个时钟周期。最大译码数据吞吐率达240×(150×1 000 000/260)=138 Mb/s。如图12所示。

译码模块在Altera Stratix Ⅱ系列EP2S180F1020I4 FPGA平台上,利用Quartus Ⅱ8.0进行综合和时序分析,最大速度可以达到150 MHz,资源使用量为:ALUTs占用2 679,Logic Registers 占用1 465,与文献[4]相比,资源消耗大大减少。如图13,图14所示。

5 结 语

本文所述基于FPGA的Viterbi译码器用于GPS/GALILE-O接收机,能对GPS L2和GALILEO的电文进行译码,纠错能力达到预期效果,FPGA资源使用量较低,主时钟速度最大可达到150 MHz,译码处理延时达260个时钟周期,译码深度为120,最大译码数据吞吐率达138 Mb/s,完全满足GPS/GALILEO接收机电文接收译码速度要求。

参考文献

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卫星导航接收机 篇10

由于卫星导航系统存在固有的安全脆弱性,容易被敌方或犯罪分子利用来欺骗干扰使用者的接收机,从而影响卫星导航系统定位及授时服务的安全性能。卫星导航系统反电子欺骗技术的研究,可以从发端和接收端2 个方面来考虑。发端主要改善GNSS信号体制来增加系统的鲁棒性以到达抗欺骗的目的; 接收端则是对接收信号进行数据处理分析来辨别出欺骗信号。

目前国内外学者提出的接收端反电子欺骗方法包括在接收机上使用多天线防御技术、残留信号检测( VSD) 技术以及利用军用加密的P( Y) 码的相关特性来辅助民用GNSS信号进行欺骗检测等。卡尔加里大学提出了较全面的欺骗式信号检测和消除技术[1]; 黄龙等人对到达角检测、残留信号检测等反欺骗技术进行了基础性理论研究[2]。张琳等人提出了一种采用改进扩展卡尔曼滤波算法的抗欺骗式干扰的处理方案[3]。朱立新等人提出了利用GPS /INS组合导航进行转发式欺骗干扰检测[4]。

本文主要研究接收机端的反电子欺骗技术,针对欺骗式干扰的检测与识别,从导航接收端方面主要对基于循环相关捕获的欺骗检测技术、双天线载波相位差检测技术和残留信号检测技术这3 种关键技术进行仿真分析,并与接收端其他欺骗检测技术相比较,明确其优缺点,结合应用条件提出使用建议。

1 接收端反电子欺骗关键技术

导航接收端有多种方法可以辅助实现欺骗信号检测和欺骗信号消除。对于转发式干扰,可利用信号的延迟检测来区分卫星信号和转发欺骗干扰,但该方法仅对到达时延差较大的欺骗信号有效; 信号功率检测方法利用欺骗信号与真实信号到达功率的不同,设定判决门限来识别干扰,而对于模糊度范围内的欺骗信号,该判决门限不能识别,需要在接收机的信息处理阶段辅以其他欺骗检测手段; 到达角检测方法利用不同卫星的真实信号到达方向角不相同来与欺骗信号进行区分,该方法需已知2 幅天线的姿态[5]; 接收机自主完好性检测( RAIM) 方法是把欺骗信号看作故障信号,利用算法剔除故障星,达到消除欺骗的目的,当卫星几何分布不适合完好性检测时该方法应用受限[6]; 残留信号检测方法利用欺骗攻击者无法产生一个与真实信号相位抵消的欺骗信号,从而目标接收机仍保留有残余的真实信号,可在捕获和跟踪阶段进行残留信号检测[7]。下面重点分析基于到达功率、到达角和残留信号的检测方法。

1. 1 基于循环相关捕获的欺骗检测

接收机捕获的基本思想就是找到载波频率和码相位。因此,可以把捕获过程中的卷积搜索过程转换到频域上实现。当接收机开机初始捕获信号时,可以通过载波多普勒频移和伪码相位的二维搜索来检测当前信号中是否存在针对某一颗卫星或几颗卫星的转发式欺骗干扰信号。

转发式欺骗干扰相对于真实导航信号有一定的时延,因此可以利用捕获阶段的频率相位二维搜索来实现转发式欺骗干扰的检测,具体的检测方法分为以下几个步骤:

① 对1 ms的输入电文x( n) 进行快速傅里叶变换,转化到频域值为X( k) ,这里n = k = 0,1,2,……,N 。

② 对X( k) 取复共轭,值为X( k)*;

③ 产生本地伪码lsi( n) ,并对lsi( n) 进行FFT变换,频域值为Lsi( k) ,其中i为通道数,s为搜索频率步进;

④ 将Lsi( k) 与X( k)*点对点相乘,得到输出为Rsi( k) ;

⑤ 将Rsi( k) 进行反傅里叶变换,变换到时域中的值为rsi( n) ,并求出绝对值|rsi( n)| ,总共有S ×N个rsi( n) ;

⑥ 对|rsi( n) |的S × N个值进行二维搜索,与设定的检测门限相比较,高于门限则认为有信号存在,如果有2 个独立的高于门限的峰值则认为有转发式欺骗干扰存在。根据对应的位置的到达时间确定信号和转发式欺骗干扰。

⑦ 如只有一个峰值,则对搜索到的数据进行L次非相干累加;

⑧ 累加量与设定的门限进行比较,大于门限则认为存在欺骗式干扰,小于门限则认为此通道没有受到欺骗干扰信号影响。

1. 2 双天线载波相位差检测技术

目前的欺骗干扰源大都采用单一天线发射欺骗信号,因此,多路欺骗信号到达接收机天线的方向角完全一致,而不同卫星的真实信号到达接收机天线下的方向角不会完全相同。利用欺骗信号与真实卫星信号的这一空间特性,通过接收机的多个天线对接收信号进行到达角检测,是检测欺骗信号的有效手段[8]。

双天线接收机对第i颗卫星的载波相位差可以表示为[9]:

式中,Ri是在卫星观测方向上的单位观测矢量; b是在2 个接收天线之间的基线矢量; C是在东北天坐标系中卫星单位方向矢量到平面坐标系的方向余弦矩阵; Ni是卫星i载波相位测量值的任意整周模糊度; D是接收机2 个天线的实际时延差,单位是载波周期数; εi是卫星i接收的所有载波相位误差的求和值。

假设信号到达接收天线的平面入射角为 θ,则bTCRi可以用入射角 θ 的标量形式进行表示,即|b|cosθ。

则载波相位差可以重新表示为:

以波长为单位的接收机天线1 和天线2 对卫星i的载波相位测量值 φ1i与 φ2i可分别表示成[10]:

式中,f为载波频率; λ 为波长; Ii、Ti分别为电离层与对流层延时; δt为接收机钟差; δti为卫星钟差; Ni为周整模糊度; εi为测量噪声; ri为卫星到接收机的距离。

将天线1 和天线2 之间对卫星i的载波相位测量值 φi12定义为二者的载波相位测量值之差,即

将式( 3) 和式( 4) 代入上述相位差计算式( 5) ,可得

式中,下标代表天线1 和天线2 之间的对应项差值。

假设接收机连续观测N次载波相位差,记为φi=[Δ φ1i,Δ φ2i,…,Δ φNi],则观测向量的均值和方差可以定义为

相位差的变化率可以采用多次观测相位差的方差来表征,因此也可以通过观测相位差的方差实现欺骗式干扰信号的检测[11]。

1. 3 残留信号检测

残留信号检测的前提是欺骗干扰信号无法有效地抑制真实卫星信号,因此接收机可以在接收信号中同时检测到欺骗干扰信号和真实卫星信号。在实际接收机设计中,针对欺骗信号进行残留信号检测,可分为捕获阶段的残留信号检测和跟踪阶段的残留信号检测[12]。

捕获阶段的残留信号检测: 接收机在捕获阶段进行残留信号检测的目的是开机初始捕获时,检测当前接收信号中是否存在针对某一颗卫星的欺骗信号。若存在欺骗信号,则给出告警指示,说明当前针对某一颗卫星可能存在欺骗干扰,并在接收机专门的模块中同时跟踪真实卫星信号和欺骗信号,以提取信息,在后续处理中区分真实卫星信号和欺骗信号。

跟踪阶段的残留信号检测: 接收机在正常跟踪过程中,仍需要实时检测接收信号中是否存在可能的欺骗干扰。跟踪阶段的残留信号检测步骤如下:① 首先接收机将前端输入的数字信号进行缓存,用于残留信号检测; ② 在目前正在跟踪的信号附近确定一个载波多普勒/伪码相位二维搜索范围; ③ 在既定搜索范围内进行信号捕获,若检测到信号超过门限,则进入下一步,否则回退至步骤②检测另一路跟踪信号的残留信号; ④ 由专门的通道跟踪捕获到的欺骗信号,并提取该欺骗信号的信号参数进行欺骗信号再生,以消除输入到正常跟踪通道的数字信号中的欺骗干扰。

残留信号检测框图如图2 所示。

2 接收端反欺骗技术数学仿真

2. 1 基于循环相关捕获的欺骗检测仿真

设相干积累的接收信号时间长度为1 ms,采样频率为50 MHz,载波频率为20 MHz,以北斗卫星信号B1 频点的民码信号作为参考,假设其中一通道接收到的信号功率为- 160 d BW,多普勒频移位1 k Hz; 另一通道接收到的信号功率为- 150 d BW,多普勒频移位2 k Hz。

导航信号的峰值检测如图3( a) 所示,可以看出导航信号的能量小于检测门限。欺骗信号的峰值检测如图3( b) 所示,可以看出欺骗干扰的能量大于检测门限。说明这种方法对能量较大的欺骗式干扰有较好的检测性能。

这种检测方法结构比较简单,相对原来的接收机不需要增加新的设备量,就能够实现欺骗干扰的检测,有一定的推广价值; 但是由于欺骗式干扰与到导航信号信号格式和概率分布形式相同,仅仅是通过它们之间的功率大小作为判别的方法,有一定的局限性: 当导航信号能量较强时很容易将导航信号检测为欺骗干扰,而当欺骗干扰能量较弱时又可能将欺骗干扰检测为导航信号[13]。

2. 2 双天线载波相位差检测仿真

以GPS L1 C /A码信号为例,对双天线载波相位差欺骗检测进行仿真分析,验证利用双天线载波相位差进行欺骗检测的有效性。参数设置如下:

① 设置用户接收机天线1 的WGS - 84 坐标为( X1,Y1,Z1) = ( - 2 144 838. 632,4 397 570. 887,4 078 017. 711) ; 用户接收机天线2 的WGS - 84 坐标为( X2,Y2,Z2) = ( - 2 144 837. 632,4 397 570.887,4 078 017. 711 ) ; 欺骗攻击者天线中心WGS -84 坐标为( Xs,Ys,Zs) = ( - 2 154 838. 777,4 398570. 00,4 078 517. 00) 。双天线基线长度为1 m。

② 设定转发式欺骗信号功率为: - 148 d BW;真实卫星信号功率为- 158 d BW。

③ 设定仿真卫星数目为4 颗,仿真时长3 000 s。

④ 设定用户接收机载波相位的测量误差为0. 02周。

⑤ 设定用户接收机天线1 和天线2 在水平面内沿东西方向安置,即姿态角为( 0,0,0) 。

真实信号双天线载波相位差预测值和测量值曲线如图4( a) 所示,图中的4 条线分别代表4 颗卫星的双天线相位差,分别为22、20、18 和28 号星。对比图4( b) 可看到若欺骗信号4 颗卫星在观测时间内双天线载波相位差几乎不发生变化,测量值在零附近波动。因此可根据双天线载波相位差值的变化来有效检测单一欺骗源的欺骗干扰信号。

该方法适用于位置固定的接收机( 如用于时间同步和位置监测的接收机) ,天线姿态可预先测定。如果接收机处于动态,则需要额外的姿态传感器实时测量。

2.3残留信号检测仿真

参数设置如下:

① 设置用户接收机天线的WGS - 84 坐标为( X,Y,Z) = ( - 2 144 838. 632,4 397 570. 887,4078017. 711) ; 欺骗攻击者天线中心WGS - 84 坐标为( Xs,Ys,Zs) = ( - 2 154 838. 777,4 398 570. 00,4 078 517. 00) ;

② 设定转发式欺骗信号功率为: - 145 d BW;真实卫星信号功率为- 155 d BW;

③ 卫星号: PRN = 16;

④仿真起始时间2014-11-27-14:00;

⑤仿真时长60 s。

设定好参数后,进行残留信号检测仿真,残留信号检测捕获阶段即可捕获到2 个超过相关阈值的峰,并在跟踪阶段分别对2 个信号进行跟踪,由专门的通道跟踪捕获到的欺骗信号,并提取该欺骗信号的信号参数进行欺骗信号再生,以消除输入到正常跟踪通道的数字信号中的欺骗干扰。检测仿真图如图5 所示。

由仿真图5( a) 可见,在捕获阶段能捕获到强功率的欺骗信号,其伪随机码相位为513. 136 8 码片,载波多普勒为- 1 075 Hz。真实信号与欺骗信号较容易分离出来。在跟踪阶段,提取该欺骗信号的信号参数进行欺骗信号再生,进行欺骗消除,由仿真图5( b) 可见,欺骗信号的峰值已降至很低水平,即欺骗信号已基本被消除,将不影响正常信号的接收。

3 接收端反欺骗技术比较

导航接收端欺骗检测技术性能比较如表1所示。

由比较可以看出,每种检测方法都有自身的优点与缺陷以及适用的环境特点,在实际应用中,应结合特定的信号特征来选择合适的检测方法; 同时,单一的检测技术均会存在不足,在要求高性能检测水平的应用场合应采用多种方法联合的方式。

4 结束语

中国建设北斗卫星导航系统 篇11

目前已经在轨运行、投入使用的卫星导航定位系统主要有美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS）和中国北斗卫星导航系统（NSS），即将投入使用的是欧盟和中国合作开发的伽利略卫星导航系统。此外，日本正致力于研制建造由3颗卫星组成的“准天顶卫星系统”（QZSS），该区域导航系统首颗卫星预计2009年发射。印度不仅正式加入了俄罗斯格洛纳斯系统和欧洲伽利略计划，2006年还宣布要研发一个印度区域卫星导航系统，在2011年之前使7颗卫星组成的星座就位。

美俄欧三大卫星导航系统概述

1、美国GPS系统

GPS系统是美国历时20年、耗资超过300亿美元建立的全球卫星导航系统。该系统由美国国防部从1973年开始实施，是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。据悉，GPS系统在1991年的海湾战争中首次得到实战应用，在随后的科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在民用方面，并对全世界免费开放。

现运行的GPS系统是一个全天侯、实时性的导航定位系统，其主体部分由分布在1.7万公里高空6个轨道上的24颗卫星和4颗备用卫星组成，这些卫星与地面支撑系统组成网络，用户的GPS接收机根据天线同时收到的4～8颗卫星的位置信息，应用差分定位原理，每隔1～3秒向用户播报一次其位置（经纬度）、速度、高度和时间信息，以供用户或用户的系统使用。但长期以来，美国为了垄断全球卫星导航市场，其GPS系统只对本国军方提供加密的精确定位信号（定位精度在3米以内），对包括其它国家在内的民间用户则提供加了干扰的低精度信号（定位精度在100米左右，即使滤掉干扰，其精度也只有10米左右），而且美国随时可以对免费GPS系统进行干扰。

为了应对其它卫星导航系统的竞争，有消息称，美国目前正在设计试验新的第二代GPS卫星改进系统，计划发射20颗卫星，使定位精度达到1毫米。

2、俄罗斯GLONASS系统

为打破美国的垄断，俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统。据称，俄罗斯1993年开始建立格洛纳斯系统，至2006年12月底，GLONASS系统在轨运行的GLONASS全球导航卫星已达17颗。按照计划，至2007年底，覆盖俄罗斯全境所需要的18颗卫星将全部入轨就位，届时，GLONASS系统将开始为俄罗斯境内用户提供全部服务。而到2009年年底前，该系统服务范围将拓展到全球，其主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。

GLONASS系统标准配置为24颗卫星。分析家指出，俄罗斯GLONASS系统是由军方负责研制和控制的军民两用卫星导航定位系统，虽然其定位精度比美国GPS系统、欧洲伽利略系统略低，但其抗干扰能力却是最强的。

据俄罗斯媒体报道，为了联合对抗美国GPS系统，俄罗斯将与欧盟在民用全球卫星导航系统领域合作，未来消费者只需要用一个设备就可以接收来自格洛纳斯系统和欧洲伽利略系统两个系统的信号。合作将使欧盟广阔的市场对俄罗斯打开大门，同时俄罗斯可在民用卫星定位产品的研发上借力于欧盟。

3、欧洲伽利略系统

在海湾战争、阿富汗战争和伊拉克战争期间，欧洲使用GPS系统时曾受到美国的限制，定位精度下降。基于欧洲的安全和欧洲的利益，欧盟预计投资36亿欧元，于2003年启动了伽利略卫星导航定位系统计划。中国于2003年加入伽利略计划，计划投资2亿欧元，并将参加卫星研发、用户服务等全部过程。中国既是参与者，也是拥有者。

“伽利略”计划是一种中高度圆轨道卫星定位方案。按计划，伽利略卫星导航定位系统将在2007年底建成，2008年投入使用。该系统由30颗在高度为24126公里、位于3个倾角为56°的轨道平面内运行的卫星（其中27颗卫星为工作卫星，3颗卫星为备用卫星）和2个地面控制中心组成，未来将为欧盟成员国及中国等国家的公路、铁路、空中和海洋运输甚至徒步旅行者提供精度为1米的定位导航服务。

伽利略系统是欧洲自主、独立的全球第一个基于民用的及多模式卫星导航定位系统，它还能够和美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统实现多系统内的相互合作。全球的用户使用多制式的接收机，就可以采集各个系统的数据或者各系统数据的组合来实现定位导航的要求。与美国GPS系统相比，伽利略系统具有多方面的优势。其一，可为地面用户提供3种类型的信号供选择，其中包括免费信号、加密且需交费才能使用的信号、加密且可以符合更高要求的信号。其二，可以发送实时的高精度定位信息，这是现有的卫星导航系统所没有的。其三，能够保证在许多特殊情况下提供服务，如果失败也能在几秒钟内通知客户。其四，系统更先进，也更可靠，其最高定位精度比现在GPS系统高10倍，确定物体的误差范围在1米之内。

北斗卫星导航试验系统概况

为促进国民经济的发展，维护国家利益和国家安全，2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日，中国“长征3号甲”运载火箭先后在西昌卫星发射中心成功发射了3颗由中国空间技术研究院研制的北斗导航试验卫星，建立了具有中国自主知识产权的区域性卫星导航系统。其中北斗1号卫星（Beidou 1）及北斗2号卫星（Beidou 2）分别在140°E和80°E轨位上定点运行，北斗3号卫星（Beidou 3）作为备份星在110.5°E轨位上服役。

2002年，北斗卫星导航系统开始试运行，两年后全面对民用客户开放。几年来，北斗卫星导航试验系统工作稳定、状态良好，可在中国及周边地区的覆盖区域内任何时间、任何地点，为用户确定其所在的地理经纬度信息，并提供双向短报文通信和精密授时等服务。目前，该系统已在测绘、电信、水利、气象、煤炭、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、农业、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用，在民政、旅游、体育等行业也发挥了一定的效应，甚至一些行业试点已经逐步发展到行业推广。

专家指出，北斗卫星导航试验系统的成功应用，不仅产生了显著的经济效益和社会效益，也为我国即将建立的北斗全球卫星导航系统打下了坚实的基础。

建设北斗全球卫星导航系统

在中国政府发布的《2006年中国的航天》白皮书中，明确提出分步建立满足国家建设需求的北斗卫星导航系统，初步形成北斗卫星导航系统应用产业的发展目标。国家发改委、国防科工委、国家科技部和信息产业部为此制定了相关政策。

中国政府有关部门负责人2006年宣布，在北斗卫星导航试验系统的基础上，我国开始建设拥有自主知识产权的全球卫星导航系统———北斗卫星导航系统，这也是我国自主建立的第一代全球卫星导航系统。据介绍，正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务是向授权用户提供更安全的定位、测速、授时和通信服务信息。为此，在未来几年内，中国将陆续发射系列北斗导航卫星，并计划2008年左右满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，同时进行系统组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。

据称，正在实施建设的北斗卫星导航系统，将主要用于国家经济建设，为我国的交通运输、气象、石油、海洋、森林防火、灾害预报、通信、公安以及其它特殊行业提供高效的导航定位服务。而该系统与美国GPS系统和俄罗斯GLONASS系统最大的不同，在于它不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置在什么地方，特别适用于需要导航与移动数据通信场所，如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等。

卫星导航接收机 篇12

在卫星导航定位系统出现之后, 在各个领域之中都得到了广泛的使用, 成为社会发展的重要工具, 在民航业的发展也有着十分重要的作用, 可以说, 卫星导航系统的应用让航空业得到了革命性发展。在2005年之后, 为了满需航空业的发展, 美国、欧盟以及国际民航组织退出了新一代航空运输系统实施工作, 取得了良好的成效。

卫星导航系统可以为航空业提供实时、全球、精准的定位服务, 让航空业摆脱了对传统导航的依赖, 有效解决了地理条件恶劣、荒漠位置的导航问题, 让航空器具备全球性、连续性、全时性定位能力。卫星导航系统的广泛应用可以提升导航工作的精确性, 在这一背景之下, 又衍生出了ADS监视技术, 该种基础可以实现飞机与飞机之间、飞机与地面之间的协同监视, 不仅有效提升航空业管制能力, 还可以最大限度的保障飞行安全。

总之, 卫星导航系统已经成为了航空系统的核心。

二、二代卫星导航系统对于我国民航的发展作用

我国是世界第二大航空运输市场, 在人民收入水平的增加之下, 人们对于民航业的发展提出了更高的要求, 基于这一背景, 必须要建立起新型空管系统。为了实现这一目的, 需要大范围推广二代卫星导航系统, 就现阶段来看, 可以使用的有美国GPS系统、欧洲伽利略系统与俄罗斯GLONASS系统, 这些系统的应用还有一些风险, 而应用我国自主建设的第二代卫星导航系统就可以有效解决以上的安全顾虑。

中国第二代卫星导航系统是我国自主研发的新型定位系统, 这一系统可以实现定时、高精度、高动态定位, 有着良好的应用前景。但是, 在市场认可度、导航性能、配套产品上, 与美国、俄罗斯、欧盟还存在一些差异, 同时, 这一技术的发展也必然会受到竞争对手的影响。为了保障我国二代卫星导航系统可以得到顺利的使用, 必须要站在国家战略性角度进行思考, 考虑到国际环境的变化, 找准发展方向、明确发展政策, 让二代卫星导航系统可以充分的发挥出作用。

三、我国二代卫星导航系统与民航卫星导航的应用建议

3.1设置好目标

为了让二代卫星导航系统可以得到顺利的应用, 必须要致力于提升导航系统的安全性、导航精度以及可靠性, 并采取科学合理的措施解决卫星导航系统存在的法律责任与安全性问题, 从国际角度上提升我国二代卫星导航系统的地位。

3.2需要考虑的问题

3.2.1空间信号接口

为了有效推广二代卫星导航系统的使用, 需要对其空间信号接口进行科学的定义, 让接口标准化, 具体的接口内容包括系统的精度、系统可靠性、射频特征、坐标系统、电文信息等等。

3.2.2时间与坐标基准

二代卫星导航系统的发展需要科学的时间与坐标基准, 要想在民航业得到广泛的使用, 需要使用统一的时间与坐标基准, 给出具体的坐标偏差。

3.2.3国际标准

二代二星导航系统不仅需要为我国的民航业服务, 还需要为国外民航业服务, 因此, 其信号、星座与频率同需要符合国际组织的相关标准, 根据国际惯例的规定, 卫星导航系统的相关标准被国际接受需要花费三年到五年的时间, 如果计划在2020年投入使用, 那么至少需要提前五年提出申请。

3.2.4技术资料的公开

我国民航系统使用的客机有空中客车飞机、波音系列飞机, 其中大部分都有GPS能力, 要让二代卫星导航系统成为标准配置, 需要将部分必须技术资料公开, 允许国际厂家进行开发, 促进我国二代卫星导航系统的发展。

3.2.5系统兼容性

在二代卫星导航系统应用之后, 必然会出现多个卫星导航系统的共存问题, 这些系统能够提供不同的导航频率, 但是, 民航系统是十分脆弱的, 不能够依靠单独的导航系统, 必须要使用多卫星导航系统来提升其故障监测水平与定位精度。

四、结语

总而言之, 在未来阶段下, 需要在相关部门指导下深入研究二代卫星导航系统中存在的问题, 充分利用技术手段与宣传手段加强与其他国家的合作, 参与到标准化组织中, 让我国二代卫星导航系统可以得到顺利的推广。

摘要：卫星导航系统可以为航空业提供实时、全球、精准的定位服务, 让航空器具备全球性、连续性、全时性定位能力。我国是世界第二大航空运输市场, 在人民收入水平的增加之下, 人们对于民航业的发展提出了更高的要求, 为此, 必须要研究与推广二代卫星导航系统, 本文主要分析卫星导航系统对于民航业发展的意义以及二代卫星导航系统与民航卫星导航应用方式。

关键词：代卫星导航系统,民航卫星导航,应用

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