隨著GNSS應(yīng)用的日益普及，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航與蜂窩通信的逐步融合，隨著移動(dòng)位置服務(wù)(LBS)不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外平滑過(guò)渡的無(wú)縫導(dǎo)航定位的問(wèn)題被提上了議事日程，隨之接收機(jī)的高靈敏度、高動(dòng)態(tài)、抗干擾、低功耗、小型化等一系列關(guān)鍵技術(shù)的研究需求凸顯出來(lái)，通過(guò)若干年的求索，人們終于找到了受到特別關(guān)注、顯示度好的高靈敏GNSS接收機(jī)這一行之有效的解決方案。

 

  1 高靈敏度接收機(jī)的客觀需求

 

  衛(wèi)星導(dǎo)航定位在我們的日常生活中已經(jīng)起到明顯作用，并將在未來(lái)其影響會(huì)有空前的增長(zhǎng)。最近美歐間簽署的合作協(xié)議在政策上指導(dǎo)GPS和Galileo系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)GNSS的兼容和互操作奠定了基礎(chǔ)。GPS現(xiàn)代化和Galileo的完成將在10年內(nèi)形成衛(wèi)星數(shù)量達(dá)60個(gè)左右的GNSS系統(tǒng)，廣播多個(gè)民用信號(hào)，從而使未來(lái)的接收機(jī)均兼具互操作性。

 

  未來(lái)的數(shù)年間移動(dòng)電話和PDA定位會(huì)成為個(gè)人導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)先導(dǎo)。市場(chǎng)調(diào)查表明，2005年汽車(chē)和移動(dòng)電話應(yīng)用的GPS接收機(jī)市場(chǎng)其中73%屬PND型和移動(dòng)電話類型。

 

  這種趨勢(shì)是1996年由美國(guó)FCC的E911指令所要求的，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商必需為緊急呼救提供位置或地理編碼。2003年7月歐洲委員會(huì)(EC)也啟動(dòng)了類似的規(guī)定(E112)。從而使得基于GNSS定位技術(shù)的消費(fèi)應(yīng)用群體的興趣迅速增長(zhǎng)。商務(wù)LBS需求的增長(zhǎng)推動(dòng)了蜂窩移動(dòng)電話制造廠商和無(wú)線移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商集中于定位解決方案，甚至打開(kāi)新的應(yīng)用市場(chǎng)。日本公共管理、住房和郵電省所屬的電信咨詢委員會(huì)披露的報(bào)告表明，自2007年4月起，要求所有的移動(dòng)電話在進(jìn)行緊急求救報(bào)警時(shí)，均應(yīng)告知位置信息，屆時(shí)可能已是3G移動(dòng)電話，但仍有望是衛(wèi)星導(dǎo)航與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共同提供定位信息。

 

  GNSS現(xiàn)代化，利用組合接收機(jī)無(wú)疑會(huì)擴(kuò)展并改進(jìn)許多應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)期GNSS市場(chǎng)最重要的進(jìn)步是及時(shí)采用大規(guī)模集成的Galileo/GPS接收機(jī)芯片組，供消費(fèi)市場(chǎng)應(yīng)用，特別是行人和車(chē)輛。

 

  2 高靈敏度接收機(jī)的可行性

 

  為滿足E911和E112的需要，GNSS接收機(jī)設(shè)計(jì)必須符合LBS和網(wǎng)絡(luò)協(xié)助(Asisted)A-GNSS技術(shù)的要求。為此，許多導(dǎo)航接收機(jī)都試圖集成到移動(dòng)電話手機(jī)和PDA中。這意味著要實(shí)現(xiàn)低價(jià)位、低功耗和小型化，以及室內(nèi)外無(wú)縫定位的高靈敏度要求。對(duì)于E911的緊急救援，美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)明文規(guī)定，其定位精度要求(1999年版本)在基于網(wǎng)絡(luò)解決方案時(shí)為100m(67%)或300m(95%)，基于手持終端解決方案時(shí)為50m(67%)或150m(95%)。后者是指采用GPS的終端定位情況。要達(dá)到精度要求，網(wǎng)絡(luò)解決方案必需采用到達(dá)時(shí)間差(TDOA)技術(shù)，這樣勢(shì)必要求移動(dòng)基站具備這一功能，增加相應(yīng)的設(shè)備，而且要實(shí)現(xiàn)精密的時(shí)間同步信號(hào)傳輸。此外，TDOA實(shí)際上是種雙曲線定位方法，在城市區(qū)域，由于定位終端相對(duì)的可用蜂窩站的幾何圖形的迅速變化，導(dǎo)致可觀測(cè)定位能力較差，在市郊和曠野區(qū)，蜂窩站很難構(gòu)成滿意的定位可用性，因此單純用網(wǎng)絡(luò)基站定位方法來(lái)實(shí)現(xiàn)LBS服務(wù)，即使到3G時(shí)代也不會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。而將衛(wèi)星導(dǎo)航與蜂窩通訊實(shí)現(xiàn)融合，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)助GPS(A-GPS)，達(dá)到在信號(hào)衰減嚴(yán)重情況下的GPS定位，不失為一種可行的選擇。標(biāo)準(zhǔn)的定位和導(dǎo)航的性能參數(shù)為：可用性、精度、可靠性、完好性和連續(xù)性。連續(xù)性的最新詮釋是從室外，到室內(nèi)，以及室內(nèi)外，均能平穩(wěn)過(guò)渡，連續(xù)定位，理想的要求是任何地方任何時(shí)間在10s內(nèi)達(dá)到10m精度。

 

  衰減嚴(yán)重的工作條件要求高靈敏度接收機(jī)，以捕獲和跟蹤微弱的GNSS信號(hào)。在視線(LOS)傳播條件下，在地球表面所能收到的GPS和Galileo信號(hào)強(qiáng)度，約為-130dBm，而鬧市區(qū)建筑物類的阻擋和郊野外森林植被的遮蔽，所造成的信號(hào)衰減效應(yīng)可達(dá)25dB或更多。此外，這些區(qū)域還會(huì)引起很強(qiáng)的多徑衰落效應(yīng)。為了滿足LBS應(yīng)用要求，典型的定位接收機(jī)在弱信號(hào)環(huán)境下要依賴“協(xié)助數(shù)據(jù)”。

 

  3 高靈敏度接收機(jī)的實(shí)際存在

 

  高靈敏度接收機(jī)明顯分為單機(jī)型和協(xié)助型兩種模式。所謂單機(jī)型，是指接收機(jī)不采用任何的協(xié)助措施，只是通過(guò)接收機(jī)本身的硬件和軟件固有措施。而協(xié)助型，主要是通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳送相關(guān)數(shù)據(jù)(時(shí)間、位置、星歷等)，或由陀螺、車(chē)速表等組成的航向推算設(shè)備(DR)加以協(xié)助。

 

  4 高靈敏度接收機(jī)的未來(lái)發(fā)展

 

  高靈敏度接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)層出不窮，技術(shù)會(huì)有更多更成熟的發(fā)展，尤其是在室內(nèi)定位日益發(fā)展的現(xiàn)在，更多地采用自主傳感器和外部協(xié)助，以及多星座信號(hào)互操作。當(dāng)然，僅僅接收機(jī)技術(shù)還不夠，很重要的一點(diǎn)是衛(wèi)星技術(shù)的改進(jìn)，在GPS現(xiàn)代化和Galileo中均有考慮，一是加大輻射功率，二是打信號(hào)的主意，采用先進(jìn)的信號(hào)結(jié)構(gòu)和新的調(diào)制方式，達(dá)到更佳的信號(hào)跟蹤，緩解多徑與衰落，都在實(shí)施和考量中。