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高灵敏度GNSS接收机_环天世纪/HTGNSS

2016-05-01 12:41:52 环天世纪HTGNSS 阅读

  随着GNSS应用的日益普及,随着卫星导航与蜂窝通信的逐步融合,随着移动位置服务(LBS)不断进步,实现室内外平滑过渡的无缝导航定位的问题被提上了议事日程,随之接收机的高灵敏度、高动态、抗干扰、低功耗、小型化等一系列关键技术的研究需求凸显出来,通过若干年的求索,人们终于找到了受到特别关注、显示度好的高灵敏GNSS接收机这一行之有效的解决方案。

  1 高灵敏度接收机的客观需求

  卫星导航定位在我们的日常生活中已经起到明显作用,并将在未来其影响会有空前的增长。最近美欧间签署的合作协议在政策上指导GPS和Galileo系统,为实现GNSS的兼容和互操作奠定了基础。GPS现代化和Galileo的完成将在10年内形成卫星数量达60个左右的GNSS系统,广播多个民用信号,从而使未来的接收机均兼具互操作性。

  未来的数年间移动电话和PDA定位会成为个人导航应用领域的市场先导。市场调查表明,2005年汽车和移动电话应用的GPS接收机市场其中73%属PND型和移动电话类型。

  这种趋势是1996年由美国FCC的E911指令所要求的,网络运营商必需为紧急呼救提供位置或地理编码。2003年7月欧洲委员会(EC)也启动了类似的规定(E112)。从而使得基于GNSS定位技术的消费应用群体的兴趣迅速增长。商务LBS需求的增长推动了蜂窝移动电话制造厂商和无线移动运营商集中于定位解决方案,甚至打开新的应用市场。日本公共管理、住房和邮电省所属的电信咨询委员会披露的报告表明,自2007年4月起,要求所有的移动电话在进行紧急求救报警时,均应告知位置信息,届时可能已是3G移动电话,但仍有望是卫星导航与移动网络共同提供定位信息。

  GNSS现代化,利用组合接收机无疑会扩展并改进许多应用领域。预期GNSS市场最重要的进步是及时采用大规模集成的Galileo/GPS接收机芯片组,供消费市场应用,特别是行人和车辆。

  2 高灵敏度接收机的可行性

  为满足E911和E112的需要,GNSS接收机设计必须符合LBS和网络协助(Asisted)A-GNSS技术的要求。为此,许多导航接收机都试图集成到移动电话手机和PDA中。这意味着要实现低价位、低功耗和小型化,以及室内外无缝定位的高灵敏度要求。对于E911的紧急救援,美国联邦通讯委员会明文规定,其定位精度要求(1999年版本)在基于网络解决方案时为100m(67%)或300m(95%),基于手持终端解决方案时为50m(67%)或150m(95%)。后者是指采用GPS的终端定位情况。要达到精度要求,网络解决方案必需采用到达时间差(TDOA)技术,这样势必要求移动基站具备这一功能,增加相应的设备,而且要实现精密的时间同步信号传输。此外,TDOA实际上是种双曲线定位方法,在城市区域,由于定位终端相对的可用蜂窝站的几何图形的迅速变化,导致可观测定位能力较差,在市郊和旷野区,蜂窝站很难构成满意的定位可用性,因此单纯用网络基站定位方法来实现LBS服务,即使到3G时代也不会成为现实。而将卫星导航与蜂窝通讯实现融合,由网络协助GPS(A-GPS),达到在信号衰减严重情况下的GPS定位,不失为一种可行的选择。标准的定位和导航的性能参数为:可用性、精度、可靠性、完好性和连续性。连续性的最新诠释是从室外,到室内,以及室内外,均能平稳过渡,连续定位,理想的要求是任何地方任何时间在10s内达到10m精度。

  衰减严重的工作条件要求高灵敏度接收机,以捕获和跟踪微弱的GNSS信号。在视线(LOS)传播条件下,在地球表面所能收到的GPS和Galileo信号强度,约为-130dBm,而闹市区建筑物类的阻挡和郊野外森林植被的遮蔽,所造成的信号衰减效应可达25dB或更多。此外,这些区域还会引起很强的多径衰落效应。为了满足LBS应用要求,典型的定位接收机在弱信号环境下要依赖“协助数据”。

  3 高灵敏度接收机的实际存在

  高灵敏度接收机明显分为单机型和协助型两种模式。所谓单机型,是指接收机不采用任何的协助措施,只是通过接收机本身的硬件和软件固有措施。而协助型,主要是通过蜂窝网络传送相关数据(时间、位置、星历等),或由陀螺、车速表等组成的航向推算设备(DR)加以协助。

  4 高灵敏度接收机的未来发展

  高灵敏度接收机的关键技术层出不穷,技术会有更多更成熟的发展,尤其是在室内定位日益发展的现在,更多地采用自主传感器和外部协助,以及多星座信号互操作。当然,仅仅接收机技术还不够,很重要的一点是卫星技术的改进,在GPS现代化和Galileo中均有考虑,一是加大辐射功率,二是打信号的主意,采用先进的信号结构和新的调制方式,达到更佳的信号跟踪,缓解多径与衰落,都在实施和考量中。

 

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