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接收機的分類

添加時間:2018-05-18 18:43:12 來源:《北斗與GNSS系統概述》
  通常,可以將GNSS接收機大體上分為三類:系統測試接收機,專業定位接收機,和普通導航接收機。系統測試接收機一般很少在市場流通,因為它主要是專門測試系統或者開發某個專門的應用系統,作為開發和測試平臺使用,由于現在GNSS系統的從雙頻設計,改為三頻率工作,所以測試接收機往往是三頻率工作方式。專業定位接收機主要是指人們熟知的高精度定位接收機,一般它們都是雙頻工作體制,廣泛用于大地測量、地圖測繪、形變監測、機械控制、精細農業、地籍調查、GNSS氣象學、電離層研究、連續跟蹤觀測站許許多多方面。普通導航接收機則是大眾化大量應用的接收機,一般都是單頻工作體制,接收的信號為標準定位服務的L1C/A碼。目前,全球這類GNSS接收機社會擁有量可能已經達到數十億臺,每年的市場銷售量也超過十億臺。
 
  GNSS衛星發送的導航信號,是一種可供無數用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空中的廣大用戶,只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GNSS信號的接收設備,即衛星信號接收機。可以在任何時候用GNSS信號進行導航定位授時的量測。根據使用目的不同,用戶要求的GNSS接收機也各有差異。目前世界上已有數以百計的工廠生產GNSS接收機,產品也有成百上千種。這些產品可以按照原理、用途、功能等來分類。
 
  按接收機的用途分類一般可以分為:
 
  1)導航型接收機
 
  此類型接收機主要用于運動載體的導航,它可以實時給出載體的位置和速度。這類接收機,一般采用民用碼(如GPS的L1C/A碼)進行偽距測量,單點實時定位精度較低,通常為±25m。這類接收機價格便宜,應用廣泛。根據應用領域的不同,此類接收機還可以進一步分為:車載型—用于車輛導航定位;航海型—用于船舶導航定位;航空型—用于飛機導航定位。由于飛機運行速度快,因此,在航空上用的接收機要求能適應高速運動;星載型—用于衛星的導航定位。由于衛星的速度高達7km/s以上,而且在空間環境條件下使用,因此對接收機的要求更高。?
 
  2)測地型接收機
 
  測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。定位精度要求高,儀器結構復雜,價格較貴。
 
  3) 授時型接收機
 
  這類接收機主要利用GNSS衛星提供的高精度時間標準進行授時,常用于天文臺及無線電通訊、電力傳輸和金融部門的時間同步。
 
  按接收機的載波頻率分類可以分為:
 
  1)單頻接收機
 
  以GPS為例,單頻接收機只能接收L1信號,測定載波相位或者L1C/A碼觀測值進行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響,單頻載波接收機只適用于短基線(<15km)的精密定位。單頻C/A碼接收機則是應用最為普遍的接收機,是普及型機子。
 
  2)雙頻接收機
 
  GPS雙頻接收機可以同時接收L1和L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣,可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響,因此雙頻接收機可用于長達幾千公里基線上的精密定位,是高精度測量應用的基礎產品。
 
  按接收機通道數分類也是一種分類方法,GNSS兼容接收機能同時多種系統接收許多顆衛星的信號,接收機可以用不同的接收通道實現對不同衛星信號的跟蹤、處理和量測。根據接收機所具有的通道種類可分為:多通道接收機和序貫通道接收機。目前,GNSS多模兼容接收機,接收機通道數量一般都是數十個,有的甚至達到數百個,如Javad GNSS有一款接收機通道數達到864個。?
 
  按接收機工作原理分類可分為:
 
  1)碼相關型接收機
 
  碼相關型接收機是利用碼相關技術得到偽距觀測值。
 
  2)平方型接收機
 
  平方型接收機是利用載波信號的平方技術去掉調制信號,來恢復完整的載波信號?通過相位計測定接收機內產生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差,測定偽距觀測值。
 
  3)混合型接收機
 
  這種儀器是綜合前面所述的兩種接收機的優點,既可以得到碼相位偽距,也可以得到載波相位觀測值。
 
  4)干涉型接收機
 
  這種接收機是將GNSS衛星作為射電源,采用干涉測量方法,測定兩個測站間距離。
 
  近年來,由于GNSS多個系統均逐步進入部分和完全工作狀態,因此,多模多頻的GNSS兼容互操作接收機逐步進入人們的視野,而且漸漸成為市場的主角。目前,具有能夠同時接收GPS、GLONASS、BDS和Galileo系統多種信號的接收機,已經紛紛登場問世,進入各種各樣的應用服務領域。
 
  將來的 GNSS 接收機,應該是什么樣的?對于 2020 年而言,這是一個非常現實的問題,平均 人手一機的時代很快到來。因為屆時四大全球系統及其增強的格局已經真正形成,衛星導航產業將全面融入國計民生的生產、生活和社會生態系統各層面。當前時空信息服務的技術發展呈現三大融合傾向,這就是天基多系統兼容互操作、天地基室內外多手段和多傳感器融合,以及泛在時空條件下語境化發展。
 
  在這樣的前提條件下,GNSS 接收機必然會將這些不可逾越的因素考慮進去,因此 GNSS 接收機的發展趨勢為:一是逐步實施多系統及其增強成為標準化配置,能夠充分利用空間信號的有效資源。這樣信道數量會不會大幅度攀升,實際上如果進行智能化運作,信道數量是可以嚴格加以控制的,因為對于一個局地應用的用戶來說,可接收衛星數量和需要的有效衛星數量是有限的,沒有必要數百個信道地加以浪費;二是鑒于精度和可靠性的原因,及實現泛在服務和應用,多傳感器是必然的選擇,尤其是導航與通信的融合和相互交疊,是非常重要的依托基礎,同時 MEMS 陀螺儀和電子羅盤與聲光電磁定位也是很好的選擇,重要的是軟件制作和軟硬件系統集成的思維方式與實踐行動;三是泛在的語境化發展,更加契合產業發展實際的跨界融合滲透,位置和時間服務將有可能上升為迫切需要解決的第一需求,唯有這樣,才能體現多樣化、定制化、個性化服務,和高端 的人性化增值服務,其發展方向必然是云端和終端的結合互動,在大數據條件下的一體化運作。事實上,語境化就是強調與環境密切相關性,信源是一切傳感器的基本功能得于實現的信息源泉,感知是其實實在在的作用所在,而環境是信息獲取、傳輸、處理和服務環節中每一步都離不開的客觀實際。特別是在泛在化無線電世界中(GNSS、蜂窩、藍牙、WiFi、NFC),嚴酷的日地環境、復雜的電磁環境、多變的物理環境中,需要尋找綜合能力解決方案。因此,GNSS 接收機必須實現導航、通信與計算機性能的融合,才能應對下一個五至十年發展的挑戰。
 
  任何技術的發展,都離不開需求。近十多年來,GNSS 最大量需求,從個人導航儀、移動手 機、基于位置服務,現在進入可穿戴式和物聯網鏈接一切的發展階段,智能融合、連續定位和泛在 服務是其關鍵指標。技術上的創新突破課題有一連串,而且突破性進展已經初見端倪,開放融合、 綠色共享、智能服務是其最大的方向和出路。
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