GNSS接收机的干扰源讨论

全球导航卫星系统（GNSS）的漏洞之一是接收器无法从受损的卫星信号中获得“良好的读取”。这种不确定性通常是由于缺乏直接视线。本应用笔记确定了围绕地球旋转的星座，然后继续讨论GNSS接收机的干扰源。这种彻底的星座和误差源检查以对接收机架构的描述结束，该架构通过接受多频段和多星座信号显着减少了直接视线误差。

担心 GNSS 不准确？展开您的 星座

全球导航卫星系统的弱点之一 （GNSS）是接收器无法确定其准确性 从受损的卫星信号中定位。这种不确定性 可能是由于 卫星和接收器。或者卫星可能在地平线上很低， 增加多路径误差和信号衰减的风险 由于在大气中传播。这个招待会 这个问题在世界各地都很普遍，但特别是在 大城市的城市峡谷。

一个不令人满意的解决方法是依赖WiFi或本地 区域互联网。几种替代方案接近解决这个问题 接待问题，但最有希望的解决方案是去 回到全球导航卫星系统源。

此设计解决方案首先提供 GNSS 的摘要 卫星星座。确定星座后，我们 继续讨论 GNSS 接收器的干扰 来源。这个彻底的星座和错误源 考试以接收器架构策略结束 接受多频段和多星座信号。

多个星座

GNSS包含多个区域和全球卫星 星座，所有这些都围绕地球运行。单曲 全球星座提供所需的覆盖范围 对 20 到 30 颗卫星进行分组。

目前，六个卫星星座是：
GPS – 第一个 GNSS 系统是 GPS（全球定位） 系统）。美国国防部启动 1970 年代后期的 GPS。全球覆盖，GPS使用31 民用频段为L1的星座卫星 （1575.42MHz）、L2 （1227.360MHz） 和 L5 （1176.45MHz）。

GLONASS – 俄罗斯全球导航卫星系统 星座有24颗卫星，频段为L1 （1598.0625MHz 至 1609.3125MHz） 和 L2 （1242.9375MHz） 至 1251.9375MHz）。这个星座提供全球覆盖。

北斗 – 中国北斗卫星导航系统（BDS） 是一项区域服务，于 12 月开始运营 2012. 到2020年，该星座将拥有35颗卫星， B1 （1561.098MHz）、B2 （1207.140MHz） 和 B3 （1268.520MHz）。北斗将提供全球覆盖。

伽利略 – 伽利略是欧盟的星座和 最终将拥有27颗卫星，频段为E1 （1575.42MHz）、E5a （1176.45MHz、E5b（1207.14MHz 和 E6） （1278.75MHz）。 全球全面覆盖的时间表是2020年。

IRNSS – 印度区域导航卫星系统 星座有7颗卫星，频段为L5 （1176.45MHz）和S（2492.028MHz）。印度地区 卫星导航系统（IRNSS）提供区域服务 到印度及周边地区。

QZSS – 日本准天顶卫星系统 星座有4颗卫星提供区域服务 日本。

全球定位系统误差源

基本性能的确定 GPS 接收器取决于错误管理。降低误差 提供更高程度的定位精度和可靠性。 接收器设计人员对整体误差有直接影响 管理。表 1 量化了 GPS L1 C/A 信号误差。

表 1.GPS L1 C/A 用户等效范围误差源 （欧瑞尔）影响接收机的计算精度 位置

 

贡献来源	误差范围
卫星时钟	±2米
轨道误差	±2.5米
电离层延迟	±5米
对流层延迟	±0.5米
信号到达	±3米
接收器噪声	±0.3米
多路径	±1米

 

注意：这些误差的和方根等于 ±6.7m（rms）。

卫星时钟

GPS卫星具有非常精确的原子钟。此级别 准确性是好消息，但不太好的消息是 少量的原子钟漂移。即使是很小的误差 在卫星的时钟中产生一个重要的计算接收器 位置误差。例如，10ns卫星时钟误差可以 在地球表面产生 3m 范围误差。

地面控制系统的时钟精度 世界比单个卫星更好。这些地面 控制系统监控原子钟的时钟漂移 每个卫星和上传卫星时钟校正条款，其中 然后由卫星向下传输到地球。一个接收器 然后应用卫星时钟校正，从而产生 典型残余范围误差为 ±2 米。

轨道误差

卫星遵循围绕地球的椭圆轨道，这些轨道是 主要由地球引力决定，但一些 对潜在错误的担忧是由于以下因素：

来自月球和太阳的“第三体”引力效应

太阳辐射压力

地球的非均匀密度

所有这些扰动都需要精确建模才能得到 对卫星位置的估计具有足够的准确性。

电离层延迟

电离层在 50 公里至 1000 公里之间 地球表面。该层包含带电离子。 这些离子会导致大量的延迟，这是时变的 。

电离层延迟随 GNSS 射频而变化，在 可预测的方式。通过将计算的伪范围与 使用在两个不同 载波频率，接收器可以准确估计和 补偿电离层延迟。

对流层延迟

离地球最近的大气层是对流层。 湿度、温度或大气压力的变化 导致对流层延迟的变化。精确的模型 对流层允许对大部分 对流层延迟。

信号到达时间

GPS接收器估计卫星信号的到达时间 通过比较接收卫星的扩频码序列 使用本地副本。可实现的测量分辨率为 通常为代码的一个芯片时间的1%，对应于 3m量程误差。

多路径

多径信号随着 GNSS 信号的反射而发生。 这些信号会反射物体，例如建筑物的墙壁 或被植被扩散。

反射信号比原始信号传播得更远 接收器天线。因此，反射信号到达 略晚于视线信号。有可能 延迟信号会导致接收器计算错误。

将多个星座带入视野

多星座接收器访问来自 几个星座。卫星数量的增加是 使用多个星座时的额外好处。

多星座接收器的优点包括：

缩短采集时间

提高位置和时间精度

减少建筑物和树叶阻塞问题 （多路径错误）

克服干扰的有效方法是获得 来自另一个星座的信号。冗余内置于 接收器利用来自各种 星座。

将信号带回家

如图5所示，多星座GNSS接收器 需要多个接收器设备来捕获各种 频段信号。完整的前端接收器链 具有双输入LNA和混频器，后接滤波器，PGA和 多位ADC，以及小数N分频频率合成器 和晶体振荡器（图 6）。

图6.多频段通用 GNSS 接收器

图6中的器件具有可编程IF滤波器带宽 以及高或低LNA，使其能够接收信号 来自GPS，伽利略，GLONASS，北斗，IRNSS和QZSS 星座。它支持所有频段 带有小数N分频合成器的相应星座和 集成晶体振荡器。

结论

许多元素确保对GNSS有“良好的阅读” 传入的卫星信号。GNSS 接收器必须接受并且 将卫星的小模拟信号充分调节到 有用的数字输出。此设计解决方案描述了一个 接收信号的集成接收器前端解决方案 来自六个卫星导航星座。这种类型的解决方案 允许多个星座提供准确、可靠、 并快速估计接收器的位置、速度和时间 使GNSS成为更强大的卫星导航系统。

审核编辑：郭婷