芯耀
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導(dǎo)航的必要性
導(dǎo)航作為一種自然存在的行為，在古代通過人們的記憶和標(biāo)識(shí)來進(jìn)行，但這種方式極度依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。為了減少這種依賴并提高效率，人類開始繪制地圖，但這仍然存在諸如準(zhǔn)確性低、規(guī)劃困難、更新緩慢、存儲(chǔ)性差等問題。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合其他導(dǎo)航技術(shù)（如慣性導(dǎo)航和無線電導(dǎo)航），有效地解決了這些難題。
什么是GNSS
GNSS全稱為Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。其核心的服務(wù)為PNT（Positioning, Navigation and Timing），即提供定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。除了這些基本服務(wù)之外，部署增強(qiáng)系統(tǒng)還可以提供更加復(fù)雜的服務(wù)。
主流的全球性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)有：
● 美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）
●?俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GLONASS）
●?歐洲的伽利略系統(tǒng)（Galileo Satellite Navigation System，Galileo）
●?中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Beidou Navigation Satellite System，BDS）
表1 全球性GNSS系統(tǒng)PNT服務(wù)信號(hào)情況
GNSS的工作原理
GNSS基于三角測量的原理，通過時(shí)間計(jì)算距離，即到達(dá)時(shí)間（TOA，Time of Arrival）來實(shí)現(xiàn)位置的確定。
圖1.a所示，如果只有一個(gè)信號(hào)源，定位點(diǎn)P是無法被唯一確定的。
圖1.b中有兩個(gè)信號(hào)源發(fā)射信號(hào)，定位P點(diǎn)和P’都是可能的定位點(diǎn)，此時(shí)需要其他的補(bǔ)充手段（如仰角）來確定準(zhǔn)確的定位點(diǎn)。
圖1.c使用三個(gè)信號(hào)源發(fā)射信號(hào)，當(dāng)三個(gè)信源都達(dá)到P點(diǎn)的探測半徑，P點(diǎn)將被唯一確定，但實(shí)際上，公共時(shí)鐘同步是有誤差的，路徑衰落也影響探測半徑的計(jì)算。此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)圖1.d的情況，只能模糊地知道P在陰影范圍內(nèi)。誤差校正是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)問，發(fā)展至今已經(jīng)可以把定位誤差縮小至人們可以接受的范圍內(nèi)。
圖1 三圓相交示意圖
公共時(shí)鐘存在誤差這一問題使得求解位置不僅要知道三個(gè)衛(wèi)星的探測半徑，還要知道鐘差，所以要求接收機(jī)至少能同時(shí)看到四顆衛(wèi)星。實(shí)際系統(tǒng)的部署通常能同時(shí)看到六顆以上的衛(wèi)星，通過最小二乘法找到最優(yōu)的四個(gè)參數(shù)解來縮小誤差。
● 但是由于各種原因，定位服務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們所需要的精度，并且定位時(shí)間也不理想。現(xiàn)有兩種主流的技術(shù)用來優(yōu)化精度和時(shí)間：
D-GNSS即差分GNSS優(yōu)化精度，在地面建立基準(zhǔn)站接收衛(wèi)星信號(hào)，通過計(jì)算為用戶終端提供修正數(shù)據(jù)，差分方式中有位置差分、偽距差分和載波相位差分，其中載波相位差分（RTK，Real Time Kinematic）已經(jīng)可以將精度做到cm級(jí)。
●?A-GNSS即輔助GNSS優(yōu)化時(shí)間，借助移動(dòng)通信基站向用戶終端提供輔助信息，可將首次定位時(shí)間縮小到獨(dú)立定位的十倍以上。
GNSS的應(yīng)用
自GPS用于戰(zhàn)略部署以來，GNSS的應(yīng)用面越來越寬。全球范圍內(nèi)，GNSS相關(guān)產(chǎn)業(yè)的總量逐年高速增長，其中兩大市場就是定位和導(dǎo)航。由于新能源汽車引領(lǐng)的智能輔助駕駛迅速發(fā)展，更顯得GNSS的重要性。個(gè)人終端設(shè)備也是百花齊放，比如手機(jī)、手表等。
國家產(chǎn)業(yè)也遍布GNSS服務(wù)。電力傳輸?shù)墓收隙ㄎ弧?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/521980.html">CDMA通信的時(shí)鐘校準(zhǔn)、地質(zhì)研究、水利布局等等，這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極大地造福了人類。
GNSS接收機(jī)原理
GNSS接收機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)隨著設(shè)備和應(yīng)用的不同而改變?？梢院唵蔚貧w納成信號(hào)接收、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)計(jì)算。
信號(hào)接收：模擬信號(hào)的篩選。衛(wèi)星信號(hào)來自遙遠(yuǎn)上空，通常受到多徑效應(yīng)等影響而衰減。所以，接收機(jī)需要做預(yù)處理以獲得頻譜干凈、功率適當(dāng)?shù)挠杏眯盘?hào)。
信號(hào)處理：衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字化。通過對模擬域的解調(diào)、解算等處理得到衛(wèi)星信號(hào)中攜帶的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，初步獲得位置和時(shí)間等信息。
數(shù)據(jù)計(jì)算：位置和時(shí)間的精確處理。接收機(jī)算法部分會(huì)依據(jù)多顆衛(wèi)星多個(gè)頻段播發(fā)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)給出較為精確位置和時(shí)間等信息，同時(shí)還會(huì)將D-GNSS或A-GNSS提供的修正信息一同計(jì)算來優(yōu)化解算結(jié)果和時(shí)間。
目前手機(jī)終端已經(jīng)大量使用雙頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)，雙頻主要指L1和L5。雙頻接收機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)為——消除電離層誤差。不同頻率的電磁波經(jīng)過相同的介質(zhì)時(shí)將會(huì)呈現(xiàn)不同的折射率，產(chǎn)生固定的時(shí)間差有助于修正電離層誤差?，F(xiàn)在的手機(jī)終端已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)空曠位置1m~3m這樣的定位精度。具備RTK技術(shù)的測量型接收機(jī)，雙頻定位精度最高可達(dá)毫米級(jí)。
圖3 雙頻接收機(jī)簡化模型
上圖為手機(jī)的雙頻接收電路框圖。手機(jī)上的接收機(jī)結(jié)構(gòu)一般都是超外差式，包括接收天線、ESD二極管、前/后濾波器，低噪聲放大器和GNSS接收芯片。不過，由于手機(jī)的集成度很高，信號(hào)處理和數(shù)據(jù)計(jì)算均集成到芯片中直接處理。外置的器件中，GNSS LNA對接收機(jī)性能影響較大。
艾為電子GNSS LNA產(chǎn)品布局完備
在眾多GNSS LNA廠商中，艾為電子一直處于領(lǐng)先地位。關(guān)于GNSS LNA的技術(shù)指標(biāo)和接收機(jī)指標(biāo)的介紹，請回顧：《【技術(shù)帖】你所不知道的手機(jī)黑科技——細(xì)數(shù)GNSS LNA的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)》
艾為電子在L1、L2和L5頻段均有相應(yīng)產(chǎn)品，完善匹配市場主流封裝1510、1109和1107。下表列出了艾為電子不同封裝下的GNSS LNA代表性產(chǎn)品和主要參數(shù)。
表2 主流封裝的GNSS LNA產(chǎn)品
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