GNSS_Receiver

1、封面GNSS Satellite Receiver胡洋04 28, 2015目錄1、GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2、GNSS接受機(jī)定位原理3、GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、本設(shè)計(jì)不足之處5、Thank you for listening目錄1、GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2、GNSS接受機(jī)定位原理3、GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、本設(shè)計(jì)不足之處5、Thank you for listening簡介uGNSS：Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)。u優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于慣性導(dǎo)航、天文導(dǎo)航和地基無線導(dǎo)航，GNNS具有全天候、高精度、實(shí)時(shí)連續(xù)等特點(diǎn)。u目前世界上已經(jīng)建成

2、和正在建設(shè)的共有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)分別是：美國：GPS俄羅斯：Glonass歐盟：Galileo中國：北斗GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1美國GPSuGPS已于1994年3月24顆衛(wèi)星布置完成并投入使用，中國2000年10月才發(fā)射了北斗一代導(dǎo)航衛(wèi)星uGPS全球定位系統(tǒng)是目前世界上技術(shù)最成熟、最完善，應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。u從海灣戰(zhàn)爭到科索沃戰(zhàn)爭，美軍越來越依賴GPS定位系統(tǒng)，主要是由于其在行軍、導(dǎo)彈制導(dǎo)和空中打擊等方面展現(xiàn)了優(yōu)越的性能；到伊拉克戰(zhàn)爭時(shí)，幾乎100%的美軍和北約聯(lián)盟都裝備了GPS制導(dǎo)武器和定位設(shè)備。u發(fā)展北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)迫在眉睫GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1北斗進(jìn)展u2007年4

3、月第一顆第二代北斗衛(wèi)星發(fā)射成功u到2011年7月27日，我們已經(jīng)發(fā)射了九顆北斗二代衛(wèi)星u按照計(jì)劃，到2020年將建成由30顆衛(wèi)星組成的覆蓋全球、達(dá)到國際領(lǐng)先水平的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)u中國高穩(wěn)定、高精度衛(wèi)星原子鐘的設(shè)計(jì)同美國有一定的差距u沒有美國GPS系統(tǒng)積累的大量空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1目錄1、GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2、GNSS接受機(jī)定位原理3、GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、本設(shè)計(jì)不足之處5、Thank you for listeningGNSS定位系統(tǒng)概述uGNNS一般是由空間星座、地面控制、用戶設(shè)備組成u空間星座：主要功能是向用戶播放調(diào)制了導(dǎo)航電文的電磁波信號(hào)，向地面發(fā)送實(shí)

4、時(shí)的導(dǎo)航電文。uGPS空間星座是由24顆衛(wèi)星組成，其中3顆是備用衛(wèi)星。衛(wèi)星均分布在6個(gè)傾角為55度的軌道面上，每個(gè)軌道不均勻的分布著4顆衛(wèi)星。運(yùn)行周期是11小時(shí)58分。u星座組成的衛(wèi)星可以使地球上的任何地方在同一時(shí)間內(nèi)至少觀測(cè)到有效的4顆衛(wèi)星。GNSS接受機(jī)定位原理2GNSS定位系統(tǒng)概述uGPS地面控制部分由分布在全球的1個(gè)主控制站，6個(gè)監(jiān)測(cè)站和4個(gè)注入站組成。u監(jiān)測(cè)站：對(duì)每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并向主站提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。u主控站：根據(jù)監(jiān)測(cè)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)計(jì)算每一顆衛(wèi)星的星歷、時(shí)鐘校正、狀態(tài)參數(shù)、大氣校正，并編輯成導(dǎo)航電文送至注入站。u注入站：根據(jù)主控站傳送的導(dǎo)航電文，將電文以S波段上行注入到各個(gè)衛(wèi)星。GN

5、SS接受機(jī)定位原理2GNSS定位系統(tǒng)概述u用戶設(shè)備主要是各種類型的GNSSu功能是：接受、轉(zhuǎn)化GNSS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過處理得到必要的導(dǎo)航定位信息，最后實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位功能。GNSS接受機(jī)定位原理2GNSS衛(wèi)星信號(hào)組成uGNSS衛(wèi)星信號(hào)由載波、測(cè)距碼（偽碼）和導(dǎo)航電文組成。u衛(wèi)星信號(hào)是通過擴(kuò)頻調(diào)制、BPSK調(diào)制或QPSK調(diào)制將測(cè)距碼、導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)調(diào)制在載波上。u當(dāng)接受機(jī)收到GNSS信號(hào)時(shí)，需要進(jìn)行各種解調(diào)、解擴(kuò)得到載波、測(cè)距碼信息以及導(dǎo)航電文u導(dǎo)航電文中包含了導(dǎo)航解算所需的時(shí)間和衛(wèi)星星歷信息GNSS接受機(jī)定位原理2GNSS衛(wèi)星信號(hào)組成u目前GPS衛(wèi)星使用L1(1575.42MHz)和L2(1227.6

6、0MHz)連個(gè)載波段，這些載波都是由高精度原子鐘提供的f0=10.23MHz信號(hào)倍頻產(chǎn)生的。u所有載波信號(hào)均屬于300MHz3GHz內(nèi)的特高頻波段，這些高頻信號(hào)都是以直射波傳播的，能夠穿透電離層、建筑物，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。u波長約為10cm1mGNSS接受機(jī)定位原理2定位原理u假設(shè)接收機(jī)與原子鐘之間的時(shí)鐘差為 ，其中P1、P2、P3、P4均可由偽隨機(jī)碼進(jìn)行相關(guān)處理得到延遲時(shí)間，延遲時(shí)間乘以光速即可得到u衛(wèi)星坐標(biāo)在星歷參數(shù)中GNSS接受機(jī)定位原理21)()()(212121Ptczzyyxx2)()()(222222Ptczzyyxx3)()()(232323Ptczzyyxx4)()()(

7、242424Ptczzyyxxt定位原理uGPS信號(hào)由C/A碼（粗碼）和P碼（精碼）組成。uC/A碼周期為1023個(gè)碼片，1ms重復(fù)一次，碼速率為1.023MHz，每個(gè)碼片寬度為977.5ns，一個(gè)碼片在空間距離誤差相當(dāng)于293.25muP碼周期為7天，所以首先捕獲C/A碼，并得到當(dāng)前捕獲時(shí)間來快速估計(jì)并捕獲跟蹤P碼。P碼的測(cè)量精度要比C/A碼高一個(gè)數(shù)量級(jí)。GNSS接受機(jī)定位原理2目錄1、GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2、GNSS接受機(jī)定位原理3、GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、本設(shè)計(jì)不足之處5、Thank you for listening接收機(jī)組成及功能u主要是由天線單元、射頻前端處理、信號(hào)處理單元

8、、導(dǎo)航解算單元組成。GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3總體設(shè)計(jì)u整個(gè)系統(tǒng)主要由功能模塊、電源模塊、外圍接口組成u電源模塊為接收機(jī)和有源天線提供各種電源u外圍接口則滿足定位輸出和用戶對(duì)接收機(jī)的控制u存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和導(dǎo)航解算信息u功能模塊主要是對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的轉(zhuǎn)換、解調(diào)解擴(kuò)、導(dǎo)航解算GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3芯片選擇uDSP模塊選擇TMS320C6747，具有375MHz的高速處理，并且其擁有可供選擇的豐富的外圍設(shè)備。uFPGA選擇速度快、功耗低、連接功能豐富的Spartan 6E，具有并行處理和編程配置能力，并具有雙寄存器6輸入查找表（LUT）邏輯。GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3目錄1、GNSS系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2、GNSS接受機(jī)定位原理3、GNSS接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、本設(shè)計(jì)不足之處5、Thank you for listeningu接收機(jī)采用C6747、FPG