基本介紹
- 中文名：GLONASS 接收機
- 外文名：GLONASS Receiver
- 國家：俄羅斯
- 用途：導航、定位、授時等多個領域
- 優勢：沒有加SA干擾
- 完成時間：1995年
簡介,俄羅斯 GLONASS 全球導航衛星系統,工作原理,擴頻體制,GLONASS 衛星信號,各階段 GLONASS 衛星載波頻率計畫,GLONASS 接收機捕獲、跟蹤,
簡介
GLONASS 接收機是接收GLONASS衛星信號並確定地面空間位置的儀器。由於可用衛星的增多，星座的幾何形狀明顯改善，在不利的操作環境中，諸如大廈聳立的城市、樹木籠罩的山區或其它部分天空和衛星被遮擋的地區，提供了更高的定位解算精度和可靠程度。可廣泛套用於導航、定位、授時、差分等多個領域。
俄羅斯 GLONASS 全球導航衛星系統
1995年完成24顆中高度圓軌道衛星加1顆備用衛星組網，耗資30多億美元，由俄羅斯國防部控制。GLONASS空間部分也由24顆衛星組成，衛星高度19130千米，位於3個傾角為64.8度的軌道平面內。這一高度除避免和GPS同一高程以防止兩個星座相互影響外，其周期為11小時15分鐘，8天內衛星運行17圈回歸，3個軌道面內的所有衛星都在同一條多圈銜接的星下點軌跡上順序運行。系統工作基於單向偽碼測距原理，採用頻分多址，它的碼速率是GPS的一半。GLONASS未能達到GPS的導航精度，但它的主要好處是沒有加SA干擾，民用精度優於加SA的GPS。GLONASS衛星平均在軌道上的壽命較短，後期增長為5年，其套用普及情況遠不及GPS。前一時期由於經濟無力補網，原來在軌衛星陸續退役，1998年12月和2000年10月各發射3顆星，目前軌道上只有6顆星可用，不能獨立組網，只能與GPS聯合使用。其計畫改進型衛星GLONASS－M平均壽命7年，民用頻率將由1個增加到2個。
GLONASS 接收機
GLONASS( GLObal NAvigation Satellite System)系統具有巨大的潛在套用前景，由於其採用獨特的信號體制和調製方式，在北半球尤其是高緯度地區相比 GPS、伽利略等其他系統擁有很強的自身優勢，並且與其他系統互補性很強。
工作原理
擴頻體制
擴展頻譜通信(Spread Spectrum Communication)是指將待傳送的信息數據用偽隨機編碼(擴頻序列：Spreading Sequence)調製，實現頻譜擴展後再傳輸，接收端則採用同樣的編碼進行解調和相關處理，恢復原始信息數據。擴頻通信與一般常見的窄帶通信方式不同，主要體現在信息數據經擴展頻譜以後成為寬頻信號，再經過相關處理恢復成窄帶信號後解調出信息數據。因此它具有偽隨機編碼調製和信號相關處理兩大特點。正是這兩大特點，使擴頻通信具備了一般窄帶通信所沒有的優點，例如抗干擾、抗噪音、抗多徑衰落、能在低信噪比條件下工作、保密性強、可多址復用和任意選址、可高精度測量等等。擴展頻譜通信作為一種新型通信方式，特別引人注目，得到了迅速發展和廣泛套用，它與光纖通信、衛星通信，一同被譽為進入資訊時代的三大高技術通信方式。
GLONASS 衛星信號
GLONASS 衛星與GPS衛星一樣，傳送L1 、L 2兩種載波信號，並且在載波上採用 BPSK 調製用於測距的偽隨機碼和用於定位的導航電文。L1 載波上調製的信號有：偽隨機測距碼（PR）、導航數據、100Hz 輔助的明德碼序列（meander）。L2 載波上調製的信號有：偽隨機測距碼（PR）、100Hz 輔助的明德碼序列。
導航信息數據包括即時和非即時數據。即時數據（衛星星曆）與該衛星直接相關，它傳送該衛星的導航信號，非即時數據（衛星曆書）與 GLONASS 星座中的所有衛星相關。導航數據速率為每秒 50bps，並以 Module-2 的形式載入到 PR 測距碼上。
各階段 GLONASS 衛星載波頻率計畫
鑒於 GLONASS 的載波頻率與用於射電天文研究的頻率 1610.6—1613.8MHz 存在交叉，以及國際電訊聯合會已將頻段 1610.0—1626.5MHz 分配給近地衛星移動通訊，俄羅斯計畫減小 GLONASS 載波頻寬和頻率。頻率改變後，GLONASS 系統將僅有 12個頻率加 2 個測試頻率。因為地球上任何一個地方，不可能同時看見在同一軌道平面上位置相差180° 的 2 顆衛星。所以這 2 顆衛星可以採用同一頻率而不至於產生相互干擾。俄羅斯就是用這個方法解決了用 12 個頻率識別 24 顆衛星的問題。
GLONASS 接收機捕獲、跟蹤
衛星信號的捕獲是利用偽隨機碼良好的自相關特性，通過檢測本地生成的偽隨機碼與接收衛星信號中偽隨機碼作相關運算的峰值，當峰值超過門限即可認定為捕獲成功。
接收機的捕獲策略為:現場可程式邏輯門陣列( FieldProgrammable Gate Array，FPGA) 中有8個相關通道，數位訊號處理器( Digital Signal Processor，DSP) 在每個通道中分配某1顆衛星用於捕獲，若衛星信號中沒有該通道分配的衛星，則認為該通道空閒並繼續為其分配其他可見衛星，直到捕獲成功。如果通道環路失鎖，則通過重補或重新分配可見星繼續捕獲。當衛星捕獲成功後，通道狀態即改為跟蹤。跟蹤主要藉助載波環和碼環完成，目的是複製一個與接收信號頻率、相位相同的載波信號和偽隨機碼序列，並通過自相關運算剝離衛星信號中的載波和偽隨機碼。
信號同步主要分為位同步和幀同步兩部分，位同步的目的是找到導航電文數據比特的起始邊緣，幀同步的目的是找到導航電文幀的起始邊緣。由 GLONASS 導航電文結構可知其碼元寬度為 10 ms，接收機跟蹤環路的相干積分時間為1 ms，即載波環每 1 ms 輸出一個 0 或 1 的當前數據比特估計值。在各種噪聲的影響下，1 ms 寬的數據比特流並不呈現一個清晰而又有規律的模式，所以並不能把發生比特跳變的位置認為是電文碼元的邊緣。採用直方圖法可以找到數據比特的邊緣，將 1 ms 相干積分結果從 1 到 10 編號，比較相鄰1 ms 積分結果是否發生翻轉，若發生則給該編號對應的直方圖計數器加 1，直到出現某一個直方圖計數器位於高低門限之間時，即認為該直方所代表的比特位置就是比特的邊緣。
GLONASS 每串電文都以固定的 30 比特時間標記同步碼 MB結尾，由於在跟蹤過程中存在相位模糊等問題，被解調出來的電文比特值可能存在 180°相位反轉，所以在搜尋時間標記時若得到 30 比特該同步碼的相反碼也認為已找到時間標記。因為 GLONASS 導航電文是一串接一串連續播報的，所以當檢測到時間標記 MB 後，接下來解調的下一比特即為某串電文的開頭，當解調出來的下一比特為 1 時，即找到電文第一串的開頭，至此可認為幀同步成功。
