北斗卫星导航接收机设计原理与开发平台实验演示20140818.pdf

张春泽 2014年8月 第一天 上午：北斗卫星导航接收机设计原理 下午：北斗卫星导航接收机设计原理 信号处理实验 实验一：导航信号波形仿真 实验二：导航信号捕获 实验三：导航信号跟踪 第二天 信息处理实验 实验一：导航星位置解算及结果分析 实验二：传输误差计算与特性分析 实验三：DOP值实时计算与分析 实验四：用户位置解算及结果分析 实验五：UTC时间、本地时间转换 实验六：信噪比与导航卫星仰角关系 一． 工作原理 二． 技术框架 三． 现状与展望  GNSS: Global Navigation Satellite System  GNSS Family: ◦ Satellite positioning systems  GPS (US)  GLONASS (Russia)  Galileo (EU)  Beidou Ⅰ, Ⅱ(China) ◦ Augment systems based on GPS  WAAS (US)  EGNOS (EU)  QZSS (Japan)  GAGAN (India) 空间段： 5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星 地面段：主控站、注入站和监测站等若干个地面站 用户段：北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼 容的终端 用户段重要性： 用户段是决定卫星系统成败的关键，应用卫星卫 星应用； 从GPS、GLONASS不同命运，可以看出对用户段的重 视程度，决定了卫星导航系统的生命力； 卫星导航成为国家战略信息产业，主要产业突破也 必然体现在用户段。 卫星导航接收机指通过接收导航卫星发射的导航 信号，在接收机端进行位置、速度和时间等信息解算 的电子设备，具有以下特点： 覆盖范围广：全球覆盖 定位精度高：米级定位精度，且误差不累计，长时间 工作不需要校正 电磁隐蔽性好：只接收不发射信号 接收机成本低：实时解算钟差，对时钟要求低 在空间中若已经确定A、B、C三点的空间位置， 且第四点D到上述三点的距离皆已知的情况下，即可 以确定D的空间位置，原理如下：因为A点位置和 AD 间距离已知，可以推算出D点一定位于以A为圆 心、AD为半径的圆球表面，按照此方法又可以得到 以B、C为圆心的另两个圆球，即D点一定在这三个 圆球的交汇点上，即三球交汇定位。 由于卫星与接收机存在钟差，因此需要多一个观 测量，以便解算出钟差  数量：同时观测到四颗以上导航卫星；  距离：接收机每一颗导航卫星的实时距离；  位置：每一颗导航卫星的精确位置；  解算：通过算法得到三个球面相交的两个点，根据 地理常识排除一个不合理点即得用户位置。 轨道设计保证有足够卫星可以被 看到，用最少的卫星数量来满足 在服务区域内随时可见四颗以上 导航卫星。  GPS:24颗卫星，6个轨道面  北斗：GEO+IGSO+MEO的混合轨道 设计，GEO除了为了提供短报文能 力，重要作用是改善我国境内的观 测条件 接收机和天线保证被看到的卫星都能够被接收到。 天线设计：提高天线的接收增益，增大视场角（截止 角5度以下） 接收机设计：  具有多通道并行接收能力，12、24个通道或更多  具有较高的接收与跟踪灵敏度，保证对于视场内的导 航信号进行稳定跟踪  兼容互操作设计，利用多个系统弥补观测数量问题 导航信号由三部分调制而成：  导航电文  伪随机码序列  载波 导航电文  精确的卫星轨道参数 （星历）  卫星时钟参数  卫星健康及精度参数  概率的卫星轨道参数（历书）  码速率50bps或