衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)分析

摘 要：本文主要從衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)的實際操作方法，系統(tǒng)框架、系統(tǒng)硬件及關(guān)鍵技術(shù)等方面入手，系統(tǒng)地研究了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)，以使該領(lǐng)域工作人員能夠更為全面地了解及掌握該項技術(shù)，在實際工作中充分發(fā)揮該項技術(shù)的優(yōu)勢，突顯該項技術(shù)的實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；接收機(jī)；時頻校準(zhǔn)技術(shù)

中圖分類號：TN965.5；TN967.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）02-0062-03

Abstract：This paper systematically studies the time-frequency calibration technology of satellite navigation receivers from the practical operation method，system framework，system hardware and key technologies. The time-frequency calibration technology of satellite navigation receivers is systematically studied in order to enable staff in this field to understand and master the technology more comprehensively，give full play to the advantages of this technology in practical work，and highlight the practical application value of this technology.

Keywords：satellite navigation；receiver；time-frequency calibration

0 引 言

由于衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在實際運行期間，經(jīng)常會出現(xiàn)時間頻率偏差，因此，需采用衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)，以對其時間頻率進(jìn)行校準(zhǔn)處理。以下為對衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)的具體分析。

1 校準(zhǔn)方法

1.1 直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率傳輸參數(shù)的方法

直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率傳輸參數(shù)的技術(shù)方法，主要包括衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)天線的相位中心實際穩(wěn)定狀況校準(zhǔn)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)內(nèi)部噪聲指標(biāo)校準(zhǔn)、衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)內(nèi)部延遲校準(zhǔn)等。以衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)天線的相位中心實際穩(wěn)定狀況校準(zhǔn)方法為例，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的天線，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航用戶裝置的關(guān)鍵構(gòu)成部分，該衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)一般需借助天線才可獲取衛(wèi)星信號的信息數(shù)據(jù)，這即可證明該衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的天線至關(guān)重要。天線相位及幾何中心偏差，都屬于天線相位的中心差異，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的天線相位中心的穩(wěn)定性往往影響該衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的實際時頻。從一定程度上講，直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率傳輸參數(shù)，在實際操作中并不容易，通常需選定參考該接收機(jī)的天線，并將其作為標(biāo)準(zhǔn)件。通過超短基線的場測，得到待校準(zhǔn)的天線及標(biāo)準(zhǔn)天線相互間基線參數(shù)值，并間接獲取待校準(zhǔn)天線相位的中心穩(wěn)定性，圖1為直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率傳輸參數(shù)方法的基本操作原理。

1.2 間接影響衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率傳輸參數(shù)的方法

間接影響衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率傳輸參數(shù)的技術(shù)方法，主要包括校準(zhǔn)冷啟動初次定位的時間、校準(zhǔn)熱啟動初次定位的時間、校準(zhǔn)重新捕獲的時間、校準(zhǔn)捕獲的靈敏度、校準(zhǔn)精密度及定位偏差等。以校準(zhǔn)冷啟動初次定位的時間為例，接收機(jī)及歷書星歷均處于未知時間條件下，將該接收機(jī)從加電到第一個有效的定位點被輸出的持續(xù)時間，作為冷啟動的初次定位時間，以下為具體操作步驟：給接收機(jī)進(jìn)行上電操作，把接收機(jī)內(nèi)部先驗的數(shù)據(jù)信息清除掉，斷電，將模擬器開啟，再開啟在冷啟動之前已設(shè)定完畢的校準(zhǔn)場景，實施仿真操作。在該模擬器實施仿真操作期間，1分鐘之后接收機(jī)即可上電，開始計時，查詢該接收機(jī)可否定位，檢測從上電到接收機(jī)輸出第一個有效定位點的時間間隔。判斷該校準(zhǔn)批數(shù)是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，倘若滿足標(biāo)準(zhǔn)，即可將仿真場景停止，讓先驗的導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息及時間信息逐漸失效，斷開接收機(jī)的電源，重復(fù)以上操作，計算10次操作時間間隔平均值，并將之作為校準(zhǔn)冷啟動初次定位的時間。

2 系統(tǒng)框架

如圖2所示，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)，主要是以系統(tǒng)平臺為依托實現(xiàn)該項技術(shù)的有效應(yīng)用，該系統(tǒng)平臺的核心為信號模擬器、控制上位機(jī)。為進(jìn)一步驗證衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)實際應(yīng)用的可行性優(yōu)勢，軟件的開發(fā)部分將Novate10EMV-1、Novate10EMV-3高精度授時衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)作為待校準(zhǔn)接收機(jī)，以下為具體的技術(shù)方案設(shè)計：衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時間頻率校準(zhǔn)技術(shù)系統(tǒng)由校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件、控制上位機(jī)及信號模擬器組成?？刂粕衔粰C(jī)主要為校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件提供所需安裝的平臺；校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件則主要借助信號模擬器及TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)通信，同時控制信號模擬器的內(nèi)部仿真系統(tǒng)軟件，使其能夠提供相應(yīng)的仿真信號；通過待校準(zhǔn)接收機(jī)與串口協(xié)議之間的通信，實現(xiàn)校準(zhǔn)操作；信號模擬器主要提供各種精準(zhǔn)的、重復(fù)的仿真信號。

3 系統(tǒng)硬件及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)硬件

信號模擬器主要是由國內(nèi)計量科學(xué)專業(yè)研究學(xué)院的時頻實驗室所提供，主要包括：1臺軟件上位控制機(jī)、1臺信號合路器、1臺GLONASS型號的信號模擬器、1臺GPSLI+L2型號的信號模擬器。GLONASS型號的信號模擬器及GPSLI+L2型號的信號模擬器，主要提供的信號為GLONASS及GPS。信號合路器的基本功能為融合GLONASS及GPS信號，并在該合路器的信號輸出端口形成雙系統(tǒng)及雙頻點衛(wèi)星仿真信號，為操控者提供逼真的、全方位的星空環(huán)境；軟件上位控制機(jī)為模擬器的軟件控制、安裝操作平臺。

3.2 關(guān)鍵系統(tǒng)

在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)的實際開發(fā)及應(yīng)用過程中，硬件之間的通信需通信接口協(xié)議，各個信號模擬器及校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件也會應(yīng)用到通信接口協(xié)議。因此，通信接口協(xié)議對于衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)來說至關(guān)重要。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)是空間定位科學(xué)技術(shù)的典型技術(shù)，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)的不斷優(yōu)化及更新發(fā)展，其被廣泛應(yīng)用于空間信數(shù)據(jù)信息采集及各項服務(wù)中，且應(yīng)用優(yōu)勢及效果較為突出。當(dāng)前最為普遍的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)系統(tǒng)格式為NMEA-0183，該系統(tǒng)格式屬于最終定位格式，即把二進(jìn)制的定位格式有效轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)定位格式。

3.3 具體介紹

通過圖3即可了解該衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)的系統(tǒng)整體設(shè)計原理，根據(jù)待校準(zhǔn)接收機(jī)、接收機(jī)校準(zhǔn)系統(tǒng)、信號模擬器等模塊之間的數(shù)據(jù)信息傳輸關(guān)系的精細(xì)化分析結(jié)果，可得出整體系統(tǒng)技術(shù)框架設(shè)計細(xì)節(jié)圖。

從該細(xì)節(jié)圖中可以看出，該校準(zhǔn)系統(tǒng)整體所需信息主要包括：待校準(zhǔn)接收機(jī)及信號模擬器的所有數(shù)據(jù)信息。信號模擬器的數(shù)據(jù)信息包括：發(fā)送控制該模擬器的相關(guān)命令、信號模擬器所返回的數(shù)據(jù)信息。傳輸需求主要是指接收機(jī)的時頻校準(zhǔn)內(nèi)部系統(tǒng)與信號模擬器之間的通信命令數(shù)據(jù)信息傳輸，借助相互間通信實現(xiàn)對信號模擬器系統(tǒng)軟件運行的有效控制，并調(diào)控信號功率的強(qiáng)弱，為校準(zhǔn)該接收機(jī)提供最佳的外部校準(zhǔn)條件，有效提高校準(zhǔn)效率，節(jié)省人力資源。信號模擬器返回信息數(shù)據(jù)是指模擬器對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行獲得、解碼及處理等管理；模擬器屬于校準(zhǔn)源，能夠提供相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的信息數(shù)據(jù)。從一定程度上講，高度及速度極限測量、精密度及誤差檢測、靈敏度跟蹤及捕獲等各項參數(shù)校準(zhǔn)，均需該模擬器提供相應(yīng)信息數(shù)據(jù)。待校準(zhǔn)接收機(jī)信息數(shù)據(jù)管理包括：傳送接收機(jī)的控制命令，采集該接收機(jī)返回的信息數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理、解碼及存儲，最終形成數(shù)據(jù)信息文件。該接收機(jī)通過校準(zhǔn)系統(tǒng)的串口實現(xiàn)與校準(zhǔn)系統(tǒng)的通信，并傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信息命令。采集該接收機(jī)返回的信息數(shù)據(jù)時，需先對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解碼，判斷該接收機(jī)具體情況，明確定位，進(jìn)而獲取經(jīng)緯度等地理位置數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計算分析，以生成各種參數(shù)相對準(zhǔn)確的校準(zhǔn)文件。圖4為該系統(tǒng)框架基本原理。

4 結(jié) 論

綜上所述，本文主要介紹了衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)的實際操作方法，系統(tǒng)框架、系統(tǒng)硬件及關(guān)鍵技術(shù)。為了能夠更好地利用衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)，發(fā)揮其優(yōu)勢，提高校準(zhǔn)效率及精度，需相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員對該技術(shù)進(jìn)行更深入的探索和研究，以積累豐富的經(jīng)驗，更好地掌握衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)技術(shù)，做好衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)時頻校準(zhǔn)工作。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：王姜婷（1981.07-），女，河北唐山人，工程師，本科，研究方向：導(dǎo)航時頻。