衛(wèi)星導(dǎo)航兼容機的需求

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中國電波傳播研究所青島分所 曹沖




  以GPS/GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航兼容接收機為代表開拓了一片小小的市場空間,由于其價格比普通的GPS接收機昂貴許多,所以它的用戶面較窄。國際上,真正有政策規(guī)定的只有俄羅斯,明令凡進口衛(wèi)星導(dǎo)航接收機者必須是GPS/GLONASS兼容機,不允許進單一的GPS接收機,這當然是出于為了讓自己的GLONASS衛(wèi)星能用起來的良苦用心。應(yīng)用GPS/GLONASS兼容機的其它國家全世界主要有三個,一是中國,二是印度,三是德國。中國和印度應(yīng)用GPS/GLONASS兼容機主要出于對GPS的不放心,認為兼容機比較穩(wěn)妥點,特別是在重點工程設(shè)施和軍方應(yīng)用中必須加以考慮,德國的應(yīng)用則主要著眼于兼容機的一些優(yōu)點。目前兼容機的價格居高不下,主要還是使用的數(shù)量上不去,若市場規(guī)模上去了,如達到每年數(shù)十萬套批量,則其價格完全可以跟單一的GPS接收機好有一比。



  近年來,中國的“北斗一號”投入使用,以及歐洲的伽利略(Galileo)開始籌建,衛(wèi)星導(dǎo)航兼容機引起了進一步重視。我國目前就有GPS/GLONASS/BD(北斗)三為一體的兼容機。




1. 兼容接收機的優(yōu)缺點



  衛(wèi)星導(dǎo)航兼容機的問世有其客觀需求,一是系統(tǒng)服務(wù)的確保性,即任何系統(tǒng)都不可能確保萬無一失,二是受到各種各樣外界條件的限制,定位的穩(wěn)定可靠性有時不能確保,需有另一系統(tǒng)來幫助,三是雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)時可達到更高的性能指標。這樣,兼容接收機就應(yīng)運而生,而且有一定的市場。當然,兼容接收機的研制要比單一的GPS接收機復(fù)雜得多,投入也要大。且由于GPS取消了它的SA限制,以及GLONASS星座的不完備性,使GPS/GLONASS兼容機的優(yōu)勢未能充分體現(xiàn),用戶量有限,故GPS/GLONASS兼容機的售價一直居高不下,成為規(guī);袌霭l(fā)展的一大障礙。



2. 伽利略的兼容機策略



  歐洲實施伽利略計劃,其目的非常清楚,一是要有獨立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),免得受制于人,二是為了擴展其應(yīng)用,并獲得更為成功的使用效果,又積極提倡與GPS應(yīng)用的互操作性。這種思路利于與GPS競爭,能在市場上贏得最大的利益。同時能最大限度地擴充市場、降低成本,將衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)做大做好做強。



  在伽利略正式的“使命需求文件”中明確指出,伽利略的全球組成部分實施的公開服務(wù)和生命安全服務(wù)將與GPS標準定位服務(wù)(SPS)及其衍生服務(wù)組合應(yīng)用,也與GLONASS標準定位及其衍生服務(wù)組合應(yīng)用。從不同信號源來的接收數(shù)據(jù)的優(yōu)點是給輔助服務(wù)提供了重要機會,并增強了定位解。同時利用兩個衛(wèi)星系統(tǒng)的詳細表明,這樣做有利于提高在鬧市區(qū)的定位精度和信號可用性。由于兼容機提供了更多的信號冗余量,在生命安全服務(wù)應(yīng)用中,特進一步改進應(yīng)用服務(wù)的完好性和連續(xù)性。與區(qū)域增強結(jié)合起來后,使生命安全服務(wù)的標準達到高級的程度。進一步系統(tǒng)的主要推動力是衛(wèi)星導(dǎo)航與電信服務(wù)的互操作性和互補應(yīng)用。衛(wèi)星導(dǎo)航與GSM、CDMA和UMTS的測距方法組合,不僅能增加可用性,還能提高精度,而且能實現(xiàn)鬧市區(qū)乃至室內(nèi)的定位。



3. 我國的兼容機策略



  我國同歐洲一樣,迫切需要自己的獨立自主的系統(tǒng),同時也充分利用其它系統(tǒng),所以對兼容機分外鐘情。與歐洲的伽利略合作,使我們應(yīng)用兼容機體制的路子更加寬廣。



4. 兼容接收機的關(guān)鍵是衛(wèi)星星系的互操作性



  互操作性實際上是解決衛(wèi)星在空間分布的幾何圖形問題,在鬧市區(qū)或密林中,由于受到高樓大廈或稠密的植被的遮蔽,衛(wèi)星信號受到阻礙或衰減,在山區(qū)或其它具有阻礙信號的情況下,兼容機有其獨特的優(yōu)點,能保證在有限的天空中有更多的來自不同衛(wèi)星的信號可供應(yīng)用。當然,這是用較為昂貴的兼容接收機去換取高性能,這在生命悠關(guān)和重要的應(yīng)用場合中物有所值。



  談到兼容機,其關(guān)鍵的前提是兩個衛(wèi)星系統(tǒng),如GPS與Galileo是互不干擾,且是相互兼容的,其重要性是決不能加以忽略的。這并不是說這種系統(tǒng)就合二而一了。它們?nèi)员3肿约簽楠毩⑾到y(tǒng),且對專門的用戶群有著又同的服務(wù)功能,從管理上而言,相當于有更多的冗余服務(wù),使集成的服務(wù)更具牢固性。兼容機要認真解決的問題是兩個星座間的時鐘和地理參考坐標間的歸一化和相互轉(zhuǎn)換。另外,要求實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的計算機能力盡可能低。



  在一般意義上考慮,所謂兩個星系的互操作性,要求在無論獨立或一起工作時,均不會降低用戶的使用性能。而雙系統(tǒng)一起用時肯定比單系統(tǒng)的性能要好。



  在討論互操作性時,信號的功率和頻譜也是值得認真討論的重要因素。在不久的將來,GPS和Galileo的用戶機會工作在日益增長的噪聲和干擾環(huán)境條件下,增加發(fā)射功率的代價是十分昂貴的,頻率分布的辦法有其優(yōu)點,所以民用GPS信號和Galileo信號分別安排在L1,L2和L5上,這有利于緩解日益增多的干擾的影響。



  通過對Galileo和GPS(包括現(xiàn)代化后的情況)頻率、信號幀和功率電平的一系列的研究分析表明,它們完全滿足兩星座的互操作的要求,互干擾導(dǎo)致信噪比最大的下降值為0.1dB,平均狀況下約為該值的幾分之一。幾乎沒有一個用戶能發(fā)現(xiàn)這樣小的信噪比降低。



  有人將互操作性和兼容性分開討論。實際上它們是密不可分的。因為它們都表示兩個系統(tǒng)的共存性。但由于定義的不同會引起一些爭論。美國防部定義了兩種兼容性,這就是無線電兼容性和國家安全兼容性。對于兩個系統(tǒng)的無線電兼容性來說,即一個系統(tǒng)只能對另一個系統(tǒng)引起干擾影響其服務(wù)。從國家安全兼容性而言,要求在實現(xiàn)民用服務(wù)的同時,又能保護軍用服務(wù)。這里指的是Galileo的公共特許服務(wù)(PRS)和GPS的M碼工作,因為它們在L1頻譜上有所重迭。



5. 兼容機并不是收的衛(wèi)星導(dǎo)航星座越多越好



  多星座兼容機的好處是明顯的,但不是能接收的星座越多越好,實際上,在未來的數(shù)年后,人們有好多不同的星系加以選擇,如GPS、Galileo、GLONASS、CNSS……,是不是所有星座均能收到最好,其實并非如此,若收的星座太多,信道數(shù)要明顯增加,相應(yīng)的軟硬件都需增加,不同坐標與時間之問的轉(zhuǎn)換使問題復(fù)雜化,達到一定數(shù)量后再多收的衛(wèi)星信號帶來的益處并只明顯,所以應(yīng)該做到適可而止,一般要是有兩個完好的星座便可以了,有40-50顆衛(wèi)星參與工作,在一個高樓林立的區(qū)域能保證收到若干個星便可。與其只靠衛(wèi)星來增強,到不如用蜂窩通信來協(xié)助,會達到更好的效果,甚至可以實現(xiàn)室內(nèi)定位,為了加強定位的可靠性和牢固性,還可以集成陀螺儀和車速表。



  由上可見,衛(wèi)星星座間的互操作和兼容性不僅是需要的,而且是可能的,但也要適可而止。




摘自 通信市場
   

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