GNSS接收機(jī)的干擾源討論

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的漏洞之一是接收器無(wú)法從受損的衛(wèi)星信號(hào)中獲得“良好的讀取”。這種不確定性通常是由于缺乏直接視線。本應(yīng)用筆記確定了圍繞地球旋轉(zhuǎn)的星座，然后繼續(xù)討論GNSS接收機(jī)的干擾源。這種徹底的星座和誤差源檢查以對(duì)接收機(jī)架構(gòu)的描述結(jié)束，該架構(gòu)通過(guò)接受多頻段和多星座信號(hào)顯著減少了直接視線誤差。

擔(dān)心 GNSS 不準(zhǔn)確？展開(kāi)您的 星座

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的弱點(diǎn)之一 （GNSS）是接收器無(wú)法確定其準(zhǔn)確性 從受損的衛(wèi)星信號(hào)中定位。這種不確定性 可能是由于 衛(wèi)星和接收器?；蛘咝l(wèi)星可能在地平線上很低， 增加多路徑誤差和信號(hào)衰減的風(fēng)險(xiǎn) 由于在大氣中傳播。這個(gè)招待會(huì) 這個(gè)問(wèn)題在世界各地都很普遍，但特別是在 大城市的城市峽谷。

一個(gè)不令人滿意的解決方法是依賴WiFi或本地 區(qū)域互聯(lián)網(wǎng)。幾種替代方案接近解決這個(gè)問(wèn)題 接待問(wèn)題，但最有希望的解決方案是去 回到全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)源。

此設(shè)計(jì)解決方案首先提供 GNSS 的摘要 衛(wèi)星星座。確定星座后，我們 繼續(xù)討論 GNSS 接收器的干擾 來(lái)源。這個(gè)徹底的星座和錯(cuò)誤源 考試以接收器架構(gòu)策略結(jié)束 接受多頻段和多星座信號(hào)。

多個(gè)星座

GNSS包含多個(gè)區(qū)域和全球衛(wèi)星 星座，所有這些都圍繞地球運(yùn)行。單曲 全球星座提供所需的覆蓋范圍 對(duì) 20 到 30 顆衛(wèi)星進(jìn)行分組。

目前，六個(gè)衛(wèi)星星座是：
GPS – 第一個(gè) GNSS 系統(tǒng)是 GPS（全球定位） 系統(tǒng)）。美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng) 1970 年代后期的 GPS。全球覆蓋，GPS使用31 民用頻段為L(zhǎng)1的星座衛(wèi)星 （1575.42MHz）、L2 （1227.360MHz） 和 L5 （1176.45MHz）。

GLONASS – 俄羅斯全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 星座有24顆衛(wèi)星，頻段為L(zhǎng)1 （1598.0625MHz 至 1609.3125MHz） 和 L2 （1242.9375MHz） 至 1251.9375MHz）。這個(gè)星座提供全球覆蓋。

北斗 – 中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS） 是一項(xiàng)區(qū)域服務(wù)，于 12 月開(kāi)始運(yùn)營(yíng) 2012. 到2020年，該星座將擁有35顆衛(wèi)星， B1 （1561.098MHz）、B2 （1207.140MHz） 和 B3 （1268.520MHz）。北斗將提供全球覆蓋。

伽利略 – 伽利略是歐盟的星座和 最終將擁有27顆衛(wèi)星，頻段為E1 （1575.42MHz）、E5a （1176.45MHz、E5b（1207.14MHz 和 E6） （1278.75MHz）。 全球全面覆蓋的時(shí)間表是2020年。

IRNSS – 印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 星座有7顆衛(wèi)星，頻段為L(zhǎng)5 （1176.45MHz）和S（2492.028MHz）。印度地區(qū) 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（IRNSS）提供區(qū)域服務(wù) 到印度及周邊地區(qū)。

QZSS – 日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng) 星座有4顆衛(wèi)星提供區(qū)域服務(wù) 日本。

全球定位系統(tǒng)誤差源

基本性能的確定 GPS 接收器取決于錯(cuò)誤管理。降低誤差 提供更高程度的定位精度和可靠性。 接收器設(shè)計(jì)人員對(duì)整體誤差有直接影響 管理。表 1 量化了 GPS L1 C/A 信號(hào)誤差。

表 1.GPS L1 C/A 用戶等效范圍誤差源 （歐瑞爾）影響接收機(jī)的計(jì)算精度 位置

注意：這些誤差的和方根等于 ±6.7m（rms）。

衛(wèi)星時(shí)鐘

GPS衛(wèi)星具有非常精確的原子鐘。此級(jí)別 準(zhǔn)確性是好消息，但不太好的消息是 少量的原子鐘漂移。即使是很小的誤差 在衛(wèi)星的時(shí)鐘中產(chǎn)生一個(gè)重要的計(jì)算接收器 位置誤差。例如，10ns衛(wèi)星時(shí)鐘誤差可以 在地球表面產(chǎn)生 3m 范圍誤差。

地面控制系統(tǒng)的時(shí)鐘精度 世界比單個(gè)衛(wèi)星更好。這些地面 控制系統(tǒng)監(jiān)控原子鐘的時(shí)鐘漂移 每個(gè)衛(wèi)星和上傳衛(wèi)星時(shí)鐘校正條款，其中 然后由衛(wèi)星向下傳輸?shù)降厍颉Ｒ粋€(gè)接收器 然后應(yīng)用衛(wèi)星時(shí)鐘校正，從而產(chǎn)生 典型殘余范圍誤差為 ±2 米。

軌道誤差

衛(wèi)星遵循圍繞地球的橢圓軌道，這些軌道是 主要由地球引力決定，但一些 對(duì)潛在錯(cuò)誤的擔(dān)憂是由于以下因素：

來(lái)自月球和太陽(yáng)的“第三體”引力效應(yīng)

太陽(yáng)輻射壓力

地球的非均勻密度

所有這些擾動(dòng)都需要精確建模才能得到 對(duì)衛(wèi)星位置的估計(jì)具有足夠的準(zhǔn)確性。

電離層延遲

電離層在 50 公里至 1000 公里之間 地球表面。該層包含帶電離子。 這些離子會(huì)導(dǎo)致大量的延遲，這是時(shí)變的 。

電離層延遲隨 GNSS 射頻而變化，在 可預(yù)測(cè)的方式。通過(guò)將計(jì)算的偽范圍與 使用在兩個(gè)不同 載波頻率，接收器可以準(zhǔn)確估計(jì)和 補(bǔ)償電離層延遲。

對(duì)流層延遲

離地球最近的大氣層是對(duì)流層。 濕度、溫度或大氣壓力的變化 導(dǎo)致對(duì)流層延遲的變化。精確的模型 對(duì)流層允許對(duì)大部分 對(duì)流層延遲。

信號(hào)到達(dá)時(shí)間

GPS接收器估計(jì)衛(wèi)星信號(hào)的到達(dá)時(shí)間 通過(guò)比較接收衛(wèi)星的擴(kuò)頻碼序列 使用本地副本?？蓪?shí)現(xiàn)的測(cè)量分辨率為 通常為代碼的一個(gè)芯片時(shí)間的1%，對(duì)應(yīng)于 3m量程誤差。

多路徑

多徑信號(hào)隨著 GNSS 信號(hào)的反射而發(fā)生。 這些信號(hào)會(huì)反射物體，例如建筑物的墻壁 或被植被擴(kuò)散。

反射信號(hào)比原始信號(hào)傳播得更遠(yuǎn) 接收器天線。因此，反射信號(hào)到達(dá) 略晚于視線信號(hào)。有可能 延遲信號(hào)會(huì)導(dǎo)致接收器計(jì)算錯(cuò)誤。

將多個(gè)星座帶入視野

多星座接收器訪問(wèn)來(lái)自 幾個(gè)星座。衛(wèi)星數(shù)量的增加是 使用多個(gè)星座時(shí)的額外好處。

多星座接收器的優(yōu)點(diǎn)包括：

縮短采集時(shí)間

提高位置和時(shí)間精度

減少建筑物和樹(shù)葉阻塞問(wèn)題 （多路徑錯(cuò)誤）

克服干擾的有效方法是獲得 來(lái)自另一個(gè)星座的信號(hào)。冗余內(nèi)置于 接收器利用來(lái)自各種 星座。

將信號(hào)帶回家

如圖5所示，多星座GNSS接收器 需要多個(gè)接收器設(shè)備來(lái)捕獲各種 頻段信號(hào)。完整的前端接收器鏈 具有雙輸入LNA和混頻器，后接濾波器，PGA和 多位ADC，以及小數(shù)N分頻頻率合成器 和晶體振蕩器（圖 6）。

圖6.多頻段通用 GNSS 接收器

圖6中的器件具有可編程IF濾波器帶寬 以及高或低LNA，使其能夠接收信號(hào) 來(lái)自GPS，伽利略，GLONASS，北斗，IRNSS和QZSS 星座。它支持所有頻段 帶有小數(shù)N分頻合成器的相應(yīng)星座和 集成晶體振蕩器。

結(jié)論

許多元素確保對(duì)GNSS有“良好的閱讀” 傳入的衛(wèi)星信號(hào)。GNSS 接收器必須接受并且 將衛(wèi)星的小模擬信號(hào)充分調(diào)節(jié)到 有用的數(shù)字輸出。此設(shè)計(jì)解決方案描述了一個(gè) 接收信號(hào)的集成接收器前端解決方案 來(lái)自六個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航星座。這種類(lèi)型的解決方案 允許多個(gè)星座提供準(zhǔn)確、可靠、 并快速估計(jì)接收器的位置、速度和時(shí)間 使GNSS成為更強(qiáng)大的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷