北斗卫星导航原理与系统第六章GNSS接收机课件

第六章GNSS接收机1BDS接收机的功能BDS接收机:

导航系统的用户设备，实现卫星导航定位的终端仪器。一种能够接收、跟踪、变换和测量卫星导航定位信号的无线电接收设备，主要功能:

接收卫星发射的信号，并进行处理，获取导航电文和必要的观测量。BDS接收机与常用无线电接收设备的差异:

具有共性，又具有捕获、跟踪和处理卫星微弱信号的特性。2.接收机的分类工作原理分类：码相关型、平方型、混合型；用途分类：导航型、测量型、授时型；载波频率分类：单频（L1）、双频（L1+L2）；通道数：多通道、序贯通道、多路复用通道。北斗接收机如何分类？三种通道数接收机多通道：具有多个信号通道，每个通道只连续跟踪一个卫星信号，也称连续跟踪型接收机。（multi-channel）序贯通道：一个通道对卫星的跟踪不连续，但结构简单、体积小、重量轻。（sequencingchannel）多路复用通道：一两个通道，一个循环所需的时间短，信噪比低于多通道。（multiplexingchannel）测量型接收机测量、测绘测量型接收机的应用户外探险GIS采集汽车导航导航型

接收机导航型接收机航空导航导航型接收机海上导航

军事应用卫星导航系统、无线射频与物联网3.BDS接收机（RNSS）的结构天线（含前置放大器）射频单元基带信号处理显示控制单元电源

接收机的信号处理捕获和跟踪卫星信号；对收到的卫星信号具有变换、放大和处理的功能；测量出卫星信号从卫星到接收天线的传播时间；解译出导航卫星所发送的导航电文；实时地计算出测站的三维位置，速度和时间。传统GNSS接收机的硬件结构GNSS信号处理主要通过硬件来实现。传统卫星导航接收机的特点优点：速度快，实时性好缺点：缺乏灵活性相当于黑匣子，无法控制内部信号处理，也无法查找信号失锁原因。当导航卫星信号结构发生变化时，必须更换硬件才能捕获或跟踪新的导航信号。软件替代硬件实现信号处理，是当前软件无线电的发展方向。4.软件接收机的结构软件接收机利用软件来实现捕获与跟踪。

软件接收机的特点优点：灵活性高当需要捕获新的卫星导航信号时，只需要更改软件，无需更换硬件。当卫星信号失锁或无法捕获时，可设置不同捕获或跟踪参数，分析原因。对于高动态情况，可以改变多普勒频移的搜索范围等参数，使接收机能够捕获和跟踪高动态信号。软件接收机保证实时性是难点。5.接收机的技术指标接收机的通道数：可以同时并行接收、处理卫星信号的能力；接收机通常有1~12个通道。接收跟踪信号的种类：L1、L2、B1、B2、B3等灵敏度：灵敏度表征接收机接收微弱信号的能力，接收机能接收的信号越微弱，则其灵敏度越高。灵敏度常用最小可检测信号功率。

接收机的技术指标测量定位精度：水平位置精度和垂直高度精度。时间同步精度：GNSS接收机输出的时间同步秒脉冲信号与系统时同步精度。位置数据更新率：一般为1次/秒~10次/秒，通常高动态接收机的更新率要求更高。首次定位时间：接收机从开始加电到首次得到满足定位精度要求的定位结果所需的时间。

接收机的技术指标输入输出接口：接收机应有一个或两个数据输入输出接口。工作电源要求：电压种类、范围、功率损耗。环境要求：工作温度、湿度，存储温度，冲击、振动条件。可靠性指标：常以设备平均故障间隔时间（MTBF）最低可接受值表示。维修性指标：常以设备平均故障修复时间（MTTR）表示。

举例:BDS增强型接收机指标卫星信号：BDSB1,B2,B3

；GPSL1,L2，GLONASSG1,G2

通道：372通道

灵敏度：-142dBm

SBAS跟踪：3通道并行跟踪

更新率：标配10HZ;最高20Hz可选；

热启动：＜10sBDS增强型接收机指标水平定位精度：RMS(67%)

2DRMS（95%）

RTK：10mm+1ppm

20mm+1ppm

中国精度：4cm

8cm

单点：1.2m

2.5m

启动时间

冷启动：＜60s

温启动：＜30s

热启动：＜10sL-BAND接收机规格

通道：1530至1560MHZ

灵敏度：-130dBm

通道宽度：5kHZ

6.典型的接收机框图

接收机的前端位于天线与基带信号处理之间；接收到的卫星信号功率放大100dB以上；将信号下变频到容易处理的频段；将模拟信号转换为数字信号；尽量保持信号的形状，减小信号失真。GPS接收机前端举例（L1）7.GNSS接收机的信号强度GNSS卫星高度超过20,000km，接收机天线收到的信号很弱，信号功率只有-130dBm左右，接收机输入功率信噪比为-20dB，即信号淹没在噪声中；对于北斗B1I，通常要求信号电平大于-130dBm。为了提高信号强度，一般在天线后端设有前置放大器。大部分GNSS接收机天线都与前置放大器结合在一起，也有些接收机为减少天线重量而将天线和前置放大器分开。GPS最小信号功率电平对于L1载波的C/A码发射功率大约27W当卫星向空间所有方面均匀发射信号时，在距离为R处的信号功率密度为：卫星与接收机的距离卫星在用户头顶（仰角为90°）时：卫星在地平线方向（仰角为5°）时：

卫星信号的路径损耗发射功率密度：路径损耗GPS卫星波束

发射天线增益

接收机天线有效面积对L1信号，λ=0.19m，有对各向同性天线,

接收信号功率GPS发射天线增益修正GPS发射天线实际增益：10.2dB~12.9dB天线本身的损耗天线增益经过精心设计，以补偿在地球边沿用户的远距离（从卫星往地球看）L1接收天线增益图仰角90°方向：+4dBic仰角5°方向：-4dBicdBic：相对于全向天线的增益接收功率密度C/A码信号的接收功率接收功率总结

8.输入端信噪比热噪声功率对B1I信号，带宽4.092MHz，噪声基底：输入端信噪比GPS信号功率与热噪声功率信号功率比环境噪声功率还要低。

9.噪声系数噪声系数是接收机的重要参数：对于级联系统的总噪声系数为：前置放大器的噪声系数将对系统的噪声系数起决定作用，必须采用LNA。

10.扩频增益北斗扩频增益(B1I信号)完成解扩之后信噪比信号能量分配在一个比较宽的频带内，通过相关处理，从噪声中检测信号！

11.放大倍数A/D输入电压100mV，阻抗50Ω，则输入功率：放大链路的总增益GIS数据采集GPS指标GPS性能

接收机：50通道（L1C/A码），支持SBAS

天

线：内置GPS天线

定位时间：热启动3秒，冷启动38秒

定位精度①：单点定位<2.5米（2DRMS），SBAS<2米（2DRMS）

数据更新：1Hz屏幕特性

显示屏：2.8英寸（43.2mm×57.6mm）TFT彩色触摸屏幕240×320像素

操作面板：触摸屏，电源键、菜单键、方向键（4个方向）

GIS数据采集GPS指标数据通讯与存储

数据接口：USB

数据通讯：NMEA0183输出

存

储：64MB内存

支持MicroSD卡扩展存储空间，最大至2G电源特性

电

源：使用二节或三节AA电池

工作时间：使用三节AA电池并联，典型工作状态下可工作12小时以物理指标

尺

寸：155.5mm×78.8mm×42.7mm（长×宽×厚）

重

量：265克（不含电池）GIS数据采集GPS指标环境特性

工作温度：-10℃~+60℃

存储温度：-20℃~+70℃

防尘防水：IP67

抗跌落：1.5米高度自然跌落至地面

实际定位精度与卫星状态、差分信号质量和野外工作环境有关。典型工作状态：开阔环境下，GPS接收机正常工作，GPS、背光（中等）开启的情况。

测量测绘型GPS指标跟踪特性

通道数：220通道多星多系统

接收信号：-GPS：L1C/A,L2E,L2C,L5

-GLONASS：L1C/A,L1P,L2C/A(仅GLONASSM),L2P

-SBAS:

L1C/A,L5

-GIOVE-A:L1BOC,E5A,E5B,E5AltBOC

-GIOVE-B:L1CBOC,E5A,E5B,E5AltBOC

-预留伽利略、北斗系统升级

测量测绘型GPS指标性能指标

静态测量：H2.5cm+1ppm

V5cm+1ppm

RTK测量：H10cm+1ppm

V20cm+1ppm

DGPS测量：25cm（RMS）

单机定位精度：1.2m(RMS)

初始化时间<10s

初始化可靠性>99.9%GPS天线特性

GPS天线：内部集成

天线类型：微带天线

相位中心：四馈点天线，零相位中心

多路径抑制：内置多路径抑制板

测量测绘型GPS指标无线通讯

蓝

牙：内置，V2.0Class2

UHF电台：-内置接收

-内置发射：0.5W/1W

-外置发射：5W/35W

-工作频率：410~470MHz

网络通讯：内置GPRS或CDMA物理及电源特性

尺

寸：H96mm，Φ184mm

重

量：1.2kg（含电池及内置全模块）

电

池：2块可拆卸锂电池，7.4V，2.5Ah

使用时间：5小时（单块电池，内置电台发射）

8小时（单块电池，内置电台接收）

外接电源：9至18V直流

测量测绘型GPS指标物理及电源特性

按

键：两个，多功能组合按键

显

示：3个LED状态显示

OLED显