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软件接收机中时钟偏差的影响与修正

2018年4月第2期

城市勘测

Urban Geotechnical Investigation &Sur^^eying

Apr.2018

文章编号=1672-8262(2018)02-111-04 中图分类号:P228.4 文献标识码:A 软件接收机中时钟偏差的影响与修正

余成江|!t,文豪\孙睿英2

(1.重庆市勘测院,重庆401121; 2.黑龙江第二测绘工程院,黑龙江哈尔滨150081)

摘要:软件接收机用于高精度的定位研究较少,而时钟的偏差对于栽波相位观测值的输出有着明显的效果,使得伪 距观测值和载波相位观测值不一致。针对这一现象分析了载波相位观测值的输出原理以及由晶振偏差引起的多普

勒频移偏差和载波相位观测值偏差,并对之进行了补偿和修正。最后通过实验证明该修正维持了伪距观测值和载波

相位观测值的一致性,并改善了相对定位的精度。

关键词:软件接收机;时钟偏差;多普勒频移;载波相位观测

1引言

G P S软件接收机这一概念被提出约二十年,由于 其灵活性以及多模多频的可重配置等特点,目前主要 被应用于G P S接收机的算法开发、测试以及与其他传 感器的组合等。G P S软件接收机在硬件上只需天线和 射频前端,中频数据处理全部在通用芯片中实现,算法 实现和更改更加灵活。故其可轻易摆脱传统接收机结 构的束缚,在实现方式和算法实现方面更加的多样化,为解决目前G P S应用中的实际问题提供了更多的可 能性。而目前关于软件接收机的研究多集中于导航领 域,其原因是目前的软件接收机实现多为伪距,故在测 量精度等方面尚不能满足工程测量等精密行业的应 用。而G P S在工程测量方面的应用由于一些环境限 制也还有许多问题待解决,目前在工程测量领域,高精 度的商用接收机价格昂贵,不适于大范围的铺设,且对 于多模多制式的卫星全球定位系统新环境适应能力有 限。故提高软件接收机的测量精度,并分析各种误差 所带来的影响,为软件接收机解决工程测量领域的实 际问题和应用提供了理论支持和技术基础。

在软件接收机二十年的发展中,前十年由于受到 硬件条件的限制,研究大都集中在软件接收机的多通 道、实时性实现。近十年的研究主要集中在软件接收 机对多模多系统的支持,见文献[1],以及和惯导等系 统的耦合应用。而对于载波相位观测值的输出和精度 评定研究很少,从而限制了软件接收机在精密工程等 领域的应用。故软件接收机的提出者A K0S在10年 的文献[4]中针对这一现象详述了伪距观测值和载波 相位观测值在软件接收机中的实现过程,并分析了时 *钟对观测值的影响。寇艳红[5]等在13年对于时钟对 采样频率和下变频频率的影响进行了分析。但是上述 文章采用的射频前端中频采样率都比较高,中频数据 量和运算量都比较大。这在一定程度上限制了软件接 收机的数据存储容量和数据传输,从而对软件接收机 在工程测量中的实际应用产生影响。

故在压缩数据量的情况下保证软件接收机的测量 精度显得尤为重要。故本文在文献[5]的基础上,根 据射频前端的工作方式,分析了由晶振不稳对软件接 收机平台所造成的影响,并根据其工作机制进行了补 偿修正、比较了修正前后该平台的工作性能。经试验 验证,经过时钟补偿修正过后的软件接收机在低采样 率的情况下性能提高更加明显,精度可达到厘米级,能 满足部分工程测量的需求。故该软件接收机应用于工 程测量便具有采样率较低,成本低,数据量相对较小,运算速度快等优点。

2软件接收机工作机制

软件接收机由天线、射频前端和中频数据处理模 块三部分组成。天线接收G P S信号并将无线电信号 转化为射频模拟信号。射频前端将射频模拟信号下变 频并数字化采样为数字中频信号。中频数据处理模块 完成接收信号的捕获、跟踪以及观测值的输出和定位。

接收到的信号频率/R为信号发射频率/RF加上由 多普勒引起的频率偏移/D。

/r=/rf +/d(1)

理想的软件接收机是天线后直接数字化,接数据 处理模块,但是由于G N S S系统的射频信号一般在G H z数量级,而根据奈奎斯特采样定律,模数转换器

* 收稿日期:2017—06—14

作者简介:余成江(1976—),男,高级工程师,主要从事工程测量工作