論衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的原因

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本文結(jié)合理論實(shí)踐，先分析了設(shè)備時(shí)延的含義，再提出影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的主要因素，最后分析相應(yīng)的控制措施，希望對提升衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性有一定的幫助。引言在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)愈發(fā)先進(jìn)，被廣泛應(yīng)用在生活、生產(chǎn)中。根據(jù)工作原理的不同，在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)大體上可以分為兩種：①RNSS系統(tǒng)；②RDSS系統(tǒng)。其中RNSS系統(tǒng)是一種衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，至少需要4顆衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位，是一種無源定位體制；而RDSS系統(tǒng)，由2顆衛(wèi)星即可完成導(dǎo)航定位，是一種有源定位體制。無論何種衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)最主要的功能是定位和定時(shí)。設(shè)備時(shí)延是影響定位和定時(shí)準(zhǔn)確性的主要因素，基于此，本文結(jié)合理論實(shí)踐，對影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的主要因素做了如下探討。

1設(shè)備時(shí)延的含義

當(dāng)信號通過傳輸系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)時(shí)，輸出信號比輸入信號會(huì)產(chǎn)生一定的滯后時(shí)間，被稱之為時(shí)延。就衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)而言，測距設(shè)備的傳輸信號并非單一的，可能是一組信號，也可能是多組信號[1]。因此，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的時(shí)延也不僅僅是指某一種信號的傳輸時(shí)延，屬于中群時(shí)延，是對各個(gè)頻率下時(shí)延量的整體表示。

2影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的主要因素

2.1設(shè)備自身

在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)備設(shè)計(jì)和材料選擇的主要指標(biāo)之一是時(shí)延特性，設(shè)備自身的時(shí)延特性是影響整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)時(shí)延的主要因素。除選擇合適的材料之外，諸如終端、信道設(shè)備等均放置在室內(nèi)，或者密封性較好的空間中，確保各項(xiàng)設(shè)備都能在良好的環(huán)境中運(yùn)行。2.1.1終端。終端是衛(wèi)星導(dǎo)航定位測距系統(tǒng)的主要設(shè)備，具有通信、測量的作用，在終端設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)要著重考慮以下兩個(gè)方面：①滿足衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)測量對準(zhǔn)確性的要求，比如：通道測量需要在FPGA中實(shí)現(xiàn)，以確保每個(gè)通道的處理環(huán)節(jié)延時(shí)相一致，選擇外部時(shí)頻來輸送IPPS信號，確保測量起點(diǎn)的準(zhǔn)確性。②通過一系列行之有效的措施，確保設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度和濕度的穩(wěn)定性，比如：可以安裝精密空調(diào)、設(shè)置恒溫系統(tǒng)等，確保終端設(shè)備時(shí)延的穩(wěn)定性，實(shí)際測試結(jié)果表明，將終端設(shè)備放置到恒溫環(huán)境中，時(shí)延可控制在0.05ns以下。2.1.2信道設(shè)備。為確保衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)備的時(shí)延特性，信道設(shè)備也要放置在室內(nèi)環(huán)境中，導(dǎo)致信道設(shè)備時(shí)延增加的主要因素包括以下幾個(gè)方面：①低噪聲放大器，應(yīng)用最廣泛的C頻段低噪聲放大器時(shí)延特性指標(biāo)為：線性群時(shí)延0.01ns/MHz，群時(shí)延波動(dòng)為0.1ns，在運(yùn)行中會(huì)對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)造成約0.1ns波動(dòng)。②變頻器，其主要作用是對載波信號進(jìn)行頻譜搬移，在保證變頻鋪本形狀不變的前提下，對信號做放大處理，提升輸出信號的純度，在運(yùn)行中會(huì)對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)時(shí)延造成1.0ns的波動(dòng)[2]。

2.2設(shè)備老化

設(shè)備老化是導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)發(fā)生時(shí)延不穩(wěn)定性的主要因素，為有效解決此類問題，就需要根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的不同進(jìn)行合理調(diào)整和分析，具體而言，可以從以下兩個(gè)方面入手：（1）器件選擇長對設(shè)備時(shí)延的影響。為驗(yàn)證不同器件對設(shè)備時(shí)延老化的影響，本文選擇兩種較新的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)。隨著使用時(shí)間的增加，設(shè)備時(shí)延振動(dòng)呈現(xiàn)先增加、后降低、最后趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。不同設(shè)備老化引起的試驗(yàn)變化基本相同。但產(chǎn)品選用的器件不同，設(shè)備時(shí)延變化也各不相同。因此，通過合理選擇器件可大幅度降低設(shè)備老化對時(shí)延的影響，從單個(gè)設(shè)備時(shí)延結(jié)果來開，通過預(yù)先老化的方法，可有效控制設(shè)備時(shí)延變化。（2）器件老化對設(shè)備時(shí)延的影響。為科學(xué)驗(yàn)證器件對設(shè)備時(shí)延老化的影響，選擇某生產(chǎn)單位生產(chǎn)的同批次產(chǎn)品進(jìn)行為期8個(gè)月老化試驗(yàn)。

2.3環(huán)境溫度影響因素

環(huán)境溫度是影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的主要因素，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行中，終端和信道設(shè)備都放置在恒溫恒濕的封閉性環(huán)境中，溫度變化比較小。因此，時(shí)延特性受到溫度變化較大是放置在室外的設(shè)備，如：電纜、拋物面天線饋源網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備。

2.4信號質(zhì)量影響因素

信號質(zhì)量對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）傳輸線纜多路徑效應(yīng)。在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中射頻信號傳輸時(shí)多采用射頻線纜，如果存在彎折現(xiàn)象，則駐波比就很難為0，信號在電纜中會(huì)發(fā)生多徑反射，從而引發(fā)信號時(shí)延變化。多徑效應(yīng)也是導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)接收信號發(fā)生延遲擴(kuò)展主要因素，造成最大的影響是導(dǎo)致擴(kuò)頻信號同步時(shí)造成同步誤差[3]。（2）信號干擾。如果干擾信號功率和運(yùn)行信號功率相同，則引發(fā)時(shí)延誤差可達(dá)0.4ns，但干擾信號的功率超過運(yùn)行信號功率10bB時(shí)，時(shí)延誤差可達(dá)到2ns。

3設(shè)備時(shí)延控制手段

3.1合理規(guī)避溫度影響

大量實(shí)例表明，溫度是影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的主要因素，在設(shè)備選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要高度注意，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的地面控制站溫度在50ps/℃~400ps/℃之間，為降低設(shè)備時(shí)延對衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的影響，就必須嚴(yán)格控制溫度，可采用以下措施：（1）在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，選擇高性能的溫度惰性元器件，并合理布設(shè)電路板，比如：在射頻接插件選擇時(shí)要盡量選擇高可靠性、高密封性的插件，避免在使用過程中損壞插件。（2）地面放置的設(shè)備要建立恒溫機(jī)房，并采用計(jì)算機(jī)對機(jī)房中的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保溫度時(shí)刻保持在允許范圍中。（3）選擇高性能電纜，設(shè)備連接完成后，還要設(shè)備試驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)格的零值標(biāo)定，在射頻信號傳輸中盡量選擇低損耗、高相位穩(wěn)定度、高密封性、高機(jī)械強(qiáng)度的同軸電纜。

3.2做好設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)工作

（1）在變頻器設(shè)計(jì)時(shí)，可采用寬帶響應(yīng)特性和溫度特性較高的無源混頻設(shè)計(jì)方案。（2）盡量降低放大器的功耗，增加效益，此外，如果射頻器工作為非線性區(qū)，設(shè)備通道時(shí)延在100ps/dB~1ns/dB之間，因此，在設(shè)計(jì)中要盡量把放大器放置在線性區(qū)域中[4]。（3）在滿足衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)抗干擾性能的基礎(chǔ)上，盡量采用寬帶技術(shù)，并盡量降低濾波器的數(shù)量，在設(shè)計(jì)時(shí)通道寬帶要略大于信號的寬帶。

4結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，探討了影響衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)備時(shí)延的主要因素，探討結(jié)果表明，設(shè)備時(shí)延是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在運(yùn)行中客觀存在的，很難從根本上的規(guī)避。影響設(shè)備時(shí)延的因素比較多，包括：設(shè)備自身特性、設(shè)備老化、環(huán)境溫度、信號質(zhì)量等。任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問題都會(huì)引起設(shè)備時(shí)延，因此，需要根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，從合理規(guī)避溫度影響、做好設(shè)備選擇和設(shè)計(jì)工作等方面入手，才能降低設(shè)備時(shí)延，提升衛(wèi)星導(dǎo)航定位的精度。

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作者:萬曉東 單位:陜西東方航空儀表有限責(zé)任公司