软件定义无线电(SDR)为卫星导航系统创造新的可能

全球导航卫星系统 (GNSS) 是指使用在轨卫星协助地球设备确定导航信息的系统。接收器通常使用多点定位算法来推断它们相对于轨道卫星的位置。该信息通常由各种定时和轨道参数组成，接收器可以从中推断出它们相对于轨道卫星的位置。虽然最初是为国防目的而开发的，但这项技术的实用性现在已经看到它部署在各种消费、商业和工业产品中。

最初的也是最著名的 GNSS 系统是全球定位系统，由美国政府拥有和运营。GPS 的影响、效用和益处涵盖了从手机个人导航到飞机导航、建筑勘测和物流的方方面面。该系统的战略和经济重要性也促使其他国家和联盟开发自己的替代系统，例如伽利略、Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) 和北斗。

 

用于评估接收机性能的关键标准包括空间精度、灵敏度和完整性。这一点很重要，因为 GNSS 卫星在大约 20,000 公里的高度绕地球运行，发射功率在 20-240W 之间；这对应于在地球表面测得的接收信号强度约为 -130dBm（或手机信号强度的 0.05% 左右）。此外，信号也在同一频率上传输，地球上的接收器不仅需要检测信号，还需要恢复编码信息以处理数据。

这要求 GNSS 接收器同时平衡对微弱信号的高灵敏度的竞争要求，并积极滤除指定范围之外的信号。接收器的灵敏度是性能的关键指标，它与可以接收的最小信号强度有关，同时仍确保可以捕获和解码编码数据。尽管高灵敏度是高性能的关键，但接收器还必须包含一种过滤传入数据的方法。需要这些滤波器来确保接收器不会被不需要的干扰损坏，并可用于增强所需的信号。一旦信号被接收和过滤，编码数据需要针对特定应用进行解码；这就要求接收方具备处理能力。

上述每个功能通常通过专用的、专用的集成电路 (IC) 来完成。这些 IC 可用于需要 GNSS 的任何地方；从车辆导航到手机，再到需要位置跟踪的跟踪物流应用。传统的 GNSS 接收器是使用这些 IC 设计的，但因此通常不灵活且无法升级，从而只能满足特定星座频率的需求，例如 GPS L1。对于那些需要跨多个星座和频率的灵活性并希望能够随着技术进步而升级其接收器的人来说，这带来了多重挑战和成本。

传统的 GNSS 接收器通常仅限于特定的星座，并且延伸到调谐范围。然而，在使用多个频率和/或星座的情况下，多 GNSS 功能具有显着优势。更多的卫星不仅提高了系统的连续性和可用性，还缩短了首次修复时间，并更好地支持在具有挑战性的地区（例如极地或山区）的操作，这些地区的地形会导致接收器和卫星之间出现可见度问题.

GNSS 系统的完整性远未得到保证——这些系统不仅会受到自然干扰源和大气现象的影响，还会受到人造源的无线电干扰。由于杂散或有意发射，这种干扰可能会影响单个或多个频率。在杂散干扰的情况下，接收器冗余有助于确保正确操作。

然而，传统接收机在故意竞争环境中运行时面临严重限制，例如特定频段可能被干扰或提供虚假或误导性信息的环境。这些情况通常要求接收器识别和区分杂散或虚假发射与实际的基础信号。对于关键任务应用程序，能够识别何时在有争议的环境中运行是一项基本要求。

在这种情况下，接收来自多个星座和频率的数据，并检查预期位置和实际位置之间的结果是一个重要属性。由于传统的 GNSS 接收器通常是为在无争议的环境中运行而开发的，因此升级这些系统以满足这一需求会带来不小的成本和停机时间。越来越多的软件定义无线电 (SDR) 提供了一种能够灵活地实施强大算法的能力，这些算法不仅可以识别各种有争议的环境，还可以成功地维护锁定和导航信息。

软件定义无线电接收器本质上是灵活的，并且允许现在使用软件更改传统的硬件定义功能。软件定义的接收器硬件有两个部分，使其成为具有吸引力的 GNSS 接收器解决方案。第一个是灵活的无线电前端，它允许用户调谐到不同的频率，在许多情况下，可以同时调谐。这些无线电前端还可以提供模拟滤波，以减少附近源造成的干扰。如果 SDR 接收器有足够的无线电信道，这可以同时在多个频率和星座上完成。SDR 接收器使它们成为有吸引力的解决方案的第二部分是板载数字信号处理 (DSP) 功能。许多 SDR 板载某种形式的 DSP，可以处理接收到的信号。该 DSP 还可以对输入信号进行额外的数字滤波，以进一步提高质量。

　　这些能力共同提供了一个平台，能够经济地提供传统GNSS接收器的功能，同时允许使用更大的带宽。总之，它们允许在接收器上实现更复杂的算法，并且还为随着新的处理技术和技术的发展而快速升级它们提供了一种手段。这些软件定义的系统为全球导航卫星系统创造了一整套新的可能性，任何全球导航卫星系统项目都应予以考虑。