衛星導航接收機時頻校準技術分析

摘 要：本文主要從衛星導航接收機時頻校準技術的實際操作方法，系統框架、系統硬件及關鍵技術等方面入手，系統地研究了衛星導航接收機時頻校準技術，以使該領域工作人員能夠更為全面地了解及掌握該項技術，在實際工作中充分發揮該項技術的優勢，突顯該項技術的實際應用價值。

關鍵詞：衛星導航；接收機；時頻校準技術

中圖分類號：TN965.5；TN967.1 文獻標識碼：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

由于衛星導航接收機在實際運行期間，經常會出現時間頻率偏差，因此，需采用衛星導航接收機時頻校準技術，以對其時間頻率進行校準處理。以下為對衛星導航接收機時頻校準技術的具體分析。

1 校準方法

1.1 直接影響衛星導航接收機時間頻率傳輸參數的方法

直接影響衛星導航接收機時間頻率傳輸參數的技術方法，主要包括衛星導航接收機天線的相位中心實際穩定狀況校準、衛星導航接收機內部噪聲指標校準、衛星導航接收機內部延遲校準等。以衛星導航接收機天線的相位中心實際穩定狀況校準方法為例，衛星導航接收機的天線，屬于衛星導航用戶裝置的關鍵構成部分，該衛星導航接收機一般需借助天線才可獲取衛星信號的信息數據，這即可證明該衛星導航接收機的天線至關重要。天線相位及幾何中心偏差，都屬于天線相位的中心差異，衛星導航接收機的天線相位中心的穩定性往往影響該衛星導航接收機的實際時頻。從一定程度上講，直接影響衛星導航接收機時間頻率傳輸參數，在實際操作中并不容易，通常需選定參考該接收機的天線，并將其作為標準件。通過超短基線的場測，得到待校準的天線及標準天線相互間基線參數值，并間接獲取待校準天線相位的中心穩定性，圖1為直接影響衛星導航接收機時間頻率傳輸參數方法的基本操作原理。

1.2 間接影響衛星導航接收機時間頻率傳輸參數的方法

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

2 系統框架

如圖2所示，衛星導航接收機時頻校準技術，主要是以系統平臺為依托實現該項技術的有效應用，該系統平臺的核心為信號模擬器、控制上位機。為進一步驗證衛星導航接收機時頻校準技術實際應用的可行性優勢，軟件的開發部分將Novate10EMV-1、Novate10EMV-3高精度授時衛星導航接收機作為待校準接收機，以下為具體的技術方案設計：衛星導航接收機時間頻率校準技術系統由校準系統軟件、控制上位機及信號模擬器組成。控制上位機主要為校準系統軟件提供所需安裝的平臺；校準系統軟件則主要借助信號模擬器及TCP/IP協議實現通信，同時控制信號模擬器的內部仿真系統軟件，使其能夠提供相應的仿真信號；通過待校準接收機與串口協議之間的通信，實現校準操作；信號模擬器主要提供各種精準的、重復的仿真信號。

3 系統硬件及關鍵技術

3.1 系統硬件

信號模擬器主要是由國內計量科學專業研究學院的時頻實驗室所提供，主要包括：1臺軟件上位控制機、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及雙頻點衛星仿真信號，為操控者提供逼真的、全方位的星空環境；軟件上位控制機為模擬器的軟件控制、安裝操作平臺。

3.2 關鍵系統

在衛星導航接收機時頻校準技術的實際開發及應用過程中，硬件之間的通信需通信接口協議，各個信號模擬器及校準系統軟件也會應用到通信接口協議。因此，通信接口協議對于衛星導航接收機時頻校準技術來說至關重要。衛星導航接收機時頻校準技術是空間定位科學技術的典型技術，隨著衛星導航接收機時頻校準技術的不斷優化及更新發展，其被廣泛應用于空間信數據信息采集及各項服務中，且應用優勢及效果較為突出。當前最為普遍的衛星導航接收機時頻校準系統格式為NMEA-0183，該系統格式屬于最終定位格式，即把二進制的定位格式有效轉化成統一的標準定位格式。

3.3 具體介紹

通過圖3即可了解該衛星導航接收機時頻校準技術的系統整體設計原理，根據待校準接收機、接收機校準系統、信號模擬器等模塊之間的數據信息傳輸關系的精細化分析結果，可得出整體系統技術框架設計細節圖。

從該細節圖中可以看出，該校準系統整體所需信息主要包括：待校準接收機及信號模擬器的所有數據信息。信號模擬器的數據信息包括：發送控制該模擬器的相關命令、信號模擬器所返回的數據信息。傳輸需求主要是指接收機的時頻校準內部系統與信號模擬器之間的通信命令數據信息傳輸，借助相互間通信實現對信號模擬器系統軟件運行的有效控制，并調控信號功率的強弱，為校準該接收機提供最佳的外部校準條件，有效提高校準效率，節省人力資源。信號模擬器返回信息數據是指模擬器對數據信息進行獲得、解碼及處理等管理；模擬器屬于校準源，能夠提供相應標準的信息數據。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校準，均需該模擬器提供相應信息數據。待校準接收機信息數據管理包括：傳送接收機的控制命令，采集該接收機返回的信息數據并對其進行處理、解碼及存儲，最終形成數據信息文件。該接收機通過校準系統的串口實現與校準系統的通信，并傳輸相關數據信息命令。采集該接收機返回的信息數據時，需先對數據信息進行解碼，判斷該接收機具體情況，明確定位，進而獲取經緯度等地理位置數據信息，并對數據信息進行計算分析，以生成各種參數相對準確的校準文件。圖4為該系統框架基本原理。

4 結 論

綜上所述，本文主要介紹了衛星導航接收機時頻校準技術的實際操作方法，系統框架、系統硬件及關鍵技術。為了能夠更好地利用衛星導航接收機時頻校準技術，發揮其優勢，提高校準效率及精度，需相關領域的技術人員對該技術進行更深入的探索和研究，以積累豐富的經驗，更好地掌握衛星導航接收機時頻校準技術，做好衛星導航接收機時頻校準工作。

參考文獻：

[1] 黃磊，施富增.衛星導航接收機時頻校準技術探討 [J].建筑工程技術與設計，2016（11）：82+864.

[2] 裴超.GNSS接收機時頻校準技術研究 [D].北京：北京交通大學，2014.

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