伪卫星方案设计.docx

第3章伪卫星方案设计
本章将讨论伪卫星相关的硬件设计问题。简单的说，伪卫星就是一台无线电发射机。每个发射机产生一个固定频率的载波，将导航定位信息调制到载波上并进行放大，最后通过天线发射出去，以便用户的远距离接收。
3.1伪卫星系统设计
本节将介绍三种伪卫星的设计方案及功能，它们分别是简单型伪卫星、脉冲型伪卫星和收发型伪卫星。
3.1.1简单型伪卫星
所谓“简单型伪卫星”，就是指拥有最基本的功能只产生符合一定规范标准的发射信号的伪卫星。同时简单型伪卫星的信号也可以进行数据调制并向附近的用户传送，成为DataLink站。此时的伪卫星并不需要精准的时钟，因为传送的数据并没有使用到伪卫星本身的计时器。

图3.1简单型伪卫星原理框图
图3.1是简单型伪卫星的原理框图。载波频率由压控振荡器产生，通过调节输入电压值可控制振荡频率。锁相环将压控振荡器输出频率进行分频，然后和晶体振荡器产生的信号进行比较，通过环路滤波器来调节压控振荡器的输入电压，直到这两个信号在频率和相位上达到匹配。这样就将压控振荡器的频率调节在要求的载波频率上。
通常，环路滤波器的带宽在12kHz左右。这个带宽的相位噪声由晶体振荡器来进行控制。晶体振荡器产生的参考频率驱动码发生器产生伪随机码序列，码发生器电路可以通过芯片来实现。通过双平衡混频器将伪随机码调制到载波频率上产生伪卫星信号并由天线发射出去。
3.1.2脉冲型伪卫星

图3.2脉冲型伪卫星原理框图
当伪卫星用于辅助轨道卫星定位时，远近问题就成了需要解决的显著问题之一。由于轨道卫星距离用户接收机的距离很远，所以当用户接收机位置变化时，轨道卫星与用户之间的几何距离可以近似认为不变，接收到的信号强度也不会发生显著变化。而伪卫星则不然，它距离接收机较近，接收机收到的信号强度会随着用户位置变化而剧烈变化，并且有时比接收到的轨道卫星的信号强度要高出许多。这就导致接收机不能很好的接收两者的信号从而产生所谓的“远近问题”。
目前，对于远近问题己经进行了很多相关的研究，可以通过采用一种加长的新的伪随机码序列来改善远近问题。而脉冲伪卫星设计是一种基于硬件设计方案的改善伪卫星与轨道卫星之间的远近问题的一种方法。伪卫星的信号仅在传送时才会对轨道卫星信号的接收产生影响，假如伪卫星信号发射时间仅占定位信号接收的十分之一，那么它对轨道卫星信号的影响的时间也就只有十分之一。这样用户接收机就有百分之九十的时间可以接收到轨道卫星的信号，从而能够同时跟踪伪卫星和轨道卫星的信号，而不会因为伪卫星信号过强而对轨道卫星信号产生抑制。
图3.2是脉冲伪卫星的原理框图。可以看出，它是在简单型伪卫星的基础上加以改进而得到的。微处理器和简单伪卫星产生的信号保持同步，实现了脉冲格式，并产生数据调制。
3.1.3收发型伪卫星
简单型伪卫星和脉冲型伪卫星虽然能够发送符合一定标准格式的信号，但是由于其自身内部没有精确的时钟，所以很难保证和轨道卫星以及各伪卫星之间的同步问题。即使含有和轨道卫星一样稳定的发射时钟，在进行差分定位的时候仍需要额外的参考站和数据链路来校正时钟偏滞，并且精确的时钟的使用会使伪卫星的造价昂贵而不利于实际应用。收发型伪卫星很好的解决了这一问题。
收发型伪卫星就是将接收器和发射器合为一体的伪卫星。收发型伪卫星有多种实现方案，早期的一种方案就是在仅仅改变伪卫星接收器接收到的信号的中心频率后再发射出去来实现的，如图3.3所示。

图3.3收发型伪卫星早期方案
这种方案不需要解调和调制，实现起来比较简单，但是由于存在多个不同的载波频率，接收机的构造将会变的更加复杂。若将发射信号用不同的码调制在与接收信号相同的载波频率上，就可以简化用户接收机。
收发型伪卫星分为两种不同的类型：一种是保持发射信号与接收器接收的信号的同步；另一种就是将发射信号与接收信号的差分结果传送出去。两种类型都可以使用一个或两个天线，这主要取决于接收器的射频输入端的个数。
我们将能够实现接收信号与发射信号同步的收发型伪卫星称为同步伪卫星。同步伪卫星的设计为同步问题的解决提供了一种比较经济的选择，因为它仅使用了接收机级别的计时器。同步伪卫星发射的信号和接收信号载波频率相同，只是伪随机码不同而已。图3.4给出了同步伪卫星的功能示意图，简要的说明了信号的传送过程，如此传送的接收信号与发射信号相位同步。

图3.4同步伪卫星示意图
由于发射信号电平和接收电平之间差别较大，为了避免伪卫星内部的接收器被发射信号堵塞，可以采用脉冲伪卫星解决远近问题时的处理方法，同步伪卫星发射器发射信号为短脉冲，接收器在脉冲之间进行接收。此时的同步伪卫星就像一面位于地面的电子反射镜，能够发射和轨道卫星一致的复制信号，用户接收机可以利用接收到的定位信息进行差分定位。同步伪卫星原理框图如图3.5所示。

图3.5同步伪卫星原理框图