卫星导航和软件定义无线电

全球导航卫星系统 (GNSS) 是指使用轨道上的卫星来帮助地球上的设备确定导航信息的系统。接收器通常使用多点定位算法来推断其相对于轨道卫星的位置。该信息通常由各种定时和轨道参数组成，接收器可以从中推断出它们相对于轨道卫星的位置。虽然最初是为国防目的而开发的，但这项技术的实用性现在已经被部署到各种消费、商业和工业产品中。

最初的也是最著名的 GNSS 系统是全球定位系统，它由美国政府拥有和运营。 GPS 的影响、效用和好处涵盖了从通过手机进行个人导航到飞机导航、施工调查和物流的方方面面。该系统的战略和经济重要性也促使其他国家和联盟开发自己的替代系统，例如伽利略、Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (GLONASS) 和北斗。

用于评估接收机性能的关键标准包括空间精度、灵敏度和完整性。这一点很重要，因为 GNSS 卫星在大约 20,000 公里的高度绕地球运行，传输功率在 20-240W 之间；这相当于在地球表面测得的接收信号强度约为 -130dBm（或手机信号强度的 0.05% 左右）。此外，信号也在同一频率上传输，地球上的接收器不仅需要检测信号，还需要恢复编码信息以处理数据。

这要求 GNSS 接收器同时平衡对弱信号的高灵敏度的竞争要求，并积极滤除指定范围之外的信号。接收器的灵敏度是性能的一个关键指标，它与在确保编码数据可以被捕获和解码的同时可以接收的最小信号强度有关。尽管高灵敏度是高性能的关键，但接收器还必须包含一种过滤传入数据的方法。需要这些滤波器以确保接收器不会被不需要的干扰损坏，并可用于增强所需的信号。一旦信号被接收和过滤，编码数据需要针对特定​​应用进行解码；这就要求接收方有处理能力。

上述每个功能通常都是通过专用的、专用的集成电路 (IC) 来实现的。这些 IC 可用于需要 GNSS 的任何地方；从车辆导航到手机，再到需要位置跟踪的跟踪物流应用。传统的 GNSS 接收器是使用这些 IC 设计的，但因此通常不灵活且无法升级，导致只能满足特定星座频率的需求，例如 GPS L1。对于那些需要跨多个星座和频率的灵活性并希望能够随着技术的进步升级其接收器的人来说，这带来了多重挑战和成本。

传统的 GNSS 接收器通常仅限于特定的星座，并且扩展到调谐范围。然而，在使用多个频率和/或星座的情况下，多 GNSS 能力有显着的好处。更多的卫星不仅可以提高系统的连续性和可用性，还可以缩短首次修复时间，并更好地支持在极地或山区等具有挑战性的地区的运营，这些地区的地形会导致接收器和卫星之间的能见度问题.

GNSS 系统的完整性远未得到保证——这些系统不仅会受到自然干扰源和大气现象的影响，还会受到来自人工源的无线电干扰。这种干扰可能会影响单个或多个频率，并且是由于杂散或有意发射。在杂散干扰的情况下，接收机冗余有助于确保正确操作。

然而，传统接收器在故意竞争的环境中运行时面临严重的限制，例如特定频段可能受到干扰或提供虚假或误导性信息的环境。这些情况通常要求接收器识别和区分虚假或虚假发射与实际的潜在信号。对于关键任务应用程序，能够识别何时在竞争环境中运行是一项基本要求。

在这种情况下，接收来自多个星座和频率的数据，并检查预期和实际位置之间的结果是一个重要的属性。由于传统的 GNSS 接收器通常是为在无争议的环境中运行而开发的，因此升级这些系统以满足这种需求会产生不小的成本和停机时间。越来越多的软件定义无线电 (SDR) 提供了一种能够提供灵活性来实现稳健算法的能力，这些算法不仅可以识别各种有争议的环境，还可以成功地维护锁定和导航信息。

软件定义的无线电接收器本质上是灵活的，现在允许使用软件更改传统的硬件定义的功能。软件定义的接收器硬件有两个部分，使其成为 GNSS 接收器的有吸引力的解决方案。第一个是灵活的无线电前端，它允许用户调谐到不同的频率，并且在许多情况下可以同时调谐。这些无线电前端还可以提供模拟滤波，以减少附近源造成的干扰。如果 SDR 接收器有足够的无线电信道，这可以同时跨多个频率和星座完成。使 SDR 接收器成为有吸引力的解决方案的第二部分是板载数字信号处理 (DSP) 功能。许多 SDR 具有某种形式的板载 DSP，可以处理接收到的信号。该 DSP 还可以对输入信号进行额外的数字滤波，以进一步提高质量。

总之，这些功能提供了一个平台，能够经济地提供传统 GNSS 接收器的功能，同时允许使用更大的带宽。总之，它们允许在接收器上实现更复杂的算法，并且还为它们提供了一种随着新处理技术和技术的发展而快速升级的手段。这些软件定义的系统为 GNSS 创造了一系列全新的可能性，任何 GNSS 项目都应考虑使用。