北鬥定位、短報文基本原理及TCXO應用

壓電俠 2024-05-07 10:10:11

GNSS對于定位和授時的誤差主要原因是本地接收機的時鍾不能采用和衛星鍾同樣的精准時鍾,衛星鍾采用的是非常精確的铯原子鍾、铷原子鍾、氫原子鍾等,成本原因,地面使用的接收機不可能配備同樣昂貴的原子鍾,因此必然會存在本地鍾差,這也就導致了本地時鍾無法做到與衛星時鍾完全同步,

GNSS 定位授時主要包括RNSS和RDSS兩種服務,在RNSS服務中,距離的測量存在偏差,這偏差主要來自于接收機與衛星的鍾差,好在這個偏差對于每個衛星都是一樣的。我們就可以在測量的時候考慮這個偏差,我們把這樣的測量結果稱爲僞距意思就是這樣的距離並不是真正的距離。僞距可以寫成下面的形式:

其中Xsj、Ysj、Zsj 是衛星的相對坐標,Xu、Yu、Zu是接收機的相對坐標,but 就是誤差。

式中包含了X/Y/Z 及but 誤差4個變量,所以需要通過4個方程式,也就是至少4個衛星參數,最終能夠確定僞距,然後進行消冗處理。中國北鬥系統兼容RNSS 和RDSS 服務,其中RDSS 是有源衛星服務,可以通過在衛星位置已知的條件下,計算出用戶機與兩顆衛星的真實幾何距離。這樣,分別以兩顆衛星爲球心、用戶機至兩顆衛星的距離爲半徑確定兩個球面;用戶就在這兩球面交叉線上;在地面高程一致的情況下,地球表面與上述交又線有兩個交點,一個在南半球,一個在北半球服務區,對于我國用戶而言,後者即爲用戶位置,也就是三球交會定位原理.

另外,中國北鬥由于采用RDSS 的服務,北鬥可提供SMS服務,這是北鬥的獨家秘笈。從北鬥一號,到北鬥二號,再到北鬥三號,北鬥SMS功力不斷提升。北鬥SMS服務,分爲向亞太區域用戶提供的SMS和向全球用戶提供的SMS服務。區域SMS采用RDSS體制,用戶無法獨立完成距離解算,用戶要向GEO衛星發出定位請求和信息,衛星轉發至地面中心,地面中心完成用戶位置解算,並將位置和相關信息通過衛星回傳給用戶。

目前,北鬥三號的區域短報文通信服務單次短報文最大長度爲14000比特,大約相當于1000漢字,全球短報文通信服務利用14顆MEO衛星實現覆蓋全球的報文通信服務,單次短報文最大長度爲560比特,大約相當于40個漢字。終端發射功率可降低到3W以下,短報文通信成功率也很高,根據評估,區域短報文通信成功率優于99.6%,全球短報文通信成功率由于96.46%。

不管是定位導航還是短報文服務,作爲地面接收機都需要采用高穩定度的TCXO 産品,也被稱之爲溫度補償晶體振蕩器又稱溫補晶振,其在一定的溫度範圍內通過一定的補償方式(比如電容補償、熱敏電阻網絡補償等)而保持晶體振蕩器的輸出頻率在一定的精度範圍內(如10-7級、10-6 級)的晶體振蕩器。它具有開機特性好、功耗低、頻率-溫度穩定性高等特點。廣泛應用于各種通信、導航、雷達、衛星定位系統、移動通信、程控電話交換機、各類電子測量儀表中。GNSS主板是由RF射頻芯片,基帶芯片和核心CPU,晶振目加上相關外圍電路而組成的一個集成電路,其所有的功能一般都集成在一塊PCB主板上,因此要求TCXO晶振不但滿足GNSS系統的穩定性,同時又保證小型化設計,隨著定位精度的不斷提高,對TCXO 産品的短穩特別是秒穩提出了更高的要求。

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