高动态卫星定位

日期:2016-06-20 / 人气: / 来源:未知


 
卫星导航背景
众所周知,20世纪90年代之后,卫星导航定位系统由初步试验、成熟逐步走向了全运行和鼎盛时期,已经扩展至军事、经济和民生等各个领域;
目前的全球主要导航定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略和我过逐步发展起来的北斗一代、二代;
GPS由于具有全球性、全天候和连续的精确三维定位能力,且能实时对运载体的速度、姿态惊醒测定并精确授时,所以在应用市场最为广泛,所以,本汇报内容以GPS接收机为例。
 
全球定位系统(GPS)
    由三个段组成:卫星星座,
    地面控制/监控网络和用户
    接收机设备;
卫星星座包括在轨卫星,
  他们向用户设备提供测距
  信号和数据电文;控制段
  则对空间的卫星进行跟踪和维护,保护其健康状态和
  信号完整性;用户设备即接收机,它处理由卫星发射
  的信号以解算用户的PVT;
 
高动态环境对接收机的影响
高动态条件即接收机进行PVT解算的环境处于高速度(不低于8km/s)、高加速度(不低于20g)或高加加速度(不低于2g)的运动当中;
 
 
在此条件下,一般的接收机无法满足要求,因为高速率带来50-100KHz的多普勒频移,从而导致一般接收机的载波环路失锁,无法解调出导航电文;并且高动态带来的多普勒频率大范围内的抖动,要求加宽环路带宽,降低工作信噪比,其代价降低环路跟踪精度;同时,它也使伪随机代码产生动态时延,导致码环石锁,因此针对这种场景,接收机必须优化捕获、跟踪和PVT解算的算法,这就要求其硬件具备更优化的设计、更高校的性能对其支撑。
 
 
高动态接收机的组成
高动态GPS接收机从设备组成上依然由卫星接收天线、卫星接收机及相应的电缆组成;
其接收天线由天线板、低噪声放大器组成,其作用是将微弱的信号放大到一定电平,并尽量减少引入的噪声,送给接收机;
接收机主要由接收信道部分、信道处理部分和数据处理部分组成。由此:能否在高动态场景中对微弱的信号成功捕获并有效处理,这部分的设计是高动态接收机的关键技术;
 
高动态接收机的关键技术
多通道并行捕获:信号处理部分采用FPGA芯片,其中集成24个独立的相关器、CPU接口、异步通信控制和实时时钟,这样,就可并行同步采样微弱的数字信号(高动态环境下),并在CPU控制下完成码、载波信号和捕获和跟踪,解调出伪距和电文数据;
扩频编码模块和扩频模块:扩频吗的捕获能使本地伪码相位和接收机伪码相位同步,这样,便能使用并行相关的技术,在一个伪码周期完成一次相关运算;(因基础原因,本部分理解有待后续深入)
高速运算模块:数据处理单元采用DSP,其包括高速CPU(DSP),运行程序的RAM,存放代码的flash和接口芯片。它对送来的数据能进行高速的浮点运算,解算并测速;

作者:admin


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