GNSS全球卫星导航系统的整合技术探讨

摘 要：本文主要探讨了GNSS全球卫星导航系统的整合技术，在分析参考文献的基础上，首先对GNSS卫星导航系统兼容整合的基本概念及特点进行了相关分析，GNSS整合系统最大的特点就是其采用的是一种现代化的数字接收技术。其次分析了GNSS全球卫星导航系统目前存在的问题及解决对策，目前存在的主要问题就是各个导航系统的相互兼容性问题。笔者建议采取如下对策实现各个导航系统的融合，比如采用两步法实现多系统的精密整合、多路复用技术、多模GNSS融合精密定轨技术。

全球卫星导航系统(GNSS)目前是由美国的GPS、俄罗斯格洛纳斯导航系统以及国际海事卫星组织组合而成。全球卫星定位系统(GPS)是美国政府在1973年至1994年耗资120亿美元，持续20年的时间研究，共有24颗卫星并建立了完整的控制系统。格洛纳斯导航系统是由24颗卫星组成，均匀的分布在3个近似圆形的轨道上面，每个轨道面上有8颗卫星，轨道高度接近2万公里，轨道平面的倾斜角为65度。目前去世界使用的都是美国的GPS系统，但是欧洲人开发了自己的伽利略卫星导航系统，该系统有27颗卫星和3颗候补卫星，位于3个倾斜角为56度的轨道平面上。伽利略技术是欧洲自主研发的独立的全球多模式的卫星定位系统，提供高精度以及高可靠性的服务。国际海事卫星组织通过所属的通信卫星转发美国的GPS 系统和格洛纳斯导航系统的信息，为全球用户提供服务。GNSS综合了多个导航定位系统，增加整个系统中可是卫星的数目。GNSS的用途非常广泛，通常可以用于海陆空导弹的空中制导、大地测量以及天气预报，实现无地面控制的航测快速成图系统，从而给地理信息系统和遥感监测技术带来了一次革命性的变革。

1. GNSS卫星导航系统兼容整合的基本概念及特点

1.1 GNSS卫星导航系统兼容整合的基本含义

2004年美国与欧洲达成协议，双方给出了GPS定位系统和伽利略定位系统整合的含义，指出这两个卫星系统的整合不再是严格规定系统间不相互干扰，一个系统不要对其他系统造成不可接受的干扰。GNSS的广义兼容性是指一个GNSS系统不仅你能够独立提供高质量的民用服务，同时与其它的无限弹系统互补干扰。目前国际上对GNSS兼容的评价模型都是基于频谱分离系数的有效载噪比机器衰减的程度来进行的。对于有效载噪比的评估模型而言，其摆脱了对特定卫星接收器参数设置的依赖，将系统中存在的干扰信号设置为白噪声，从而能够有效的评价干扰信号对GPS信号接收器的捕获、载波跟踪以及数据解调等环节的影响。

1.2 GNSS卫星导航技术兼容整合评价模型的特点

GNSS卫星导航系统兼容性评估将传统的实际功率的信号密度近似的等价为调制波形功率功率谱密度来简化计算，但是这种简化计算同时会带来这样一个问题，对于GPS系统中的C/A短码会造成评价不准的情况。因此在兼容性的GNSS卫星整合系统中需要有定量的判据来使得评估模型中得到快速的结算。第二个方面，传统的系统兼容评估模型是以模拟接收机的模型为基础的，GNSS采用的是一种现代化的数字接收技术，传统的评估方式只考虑了模拟接收机的影响，严重忽略了信号采样以及量化过程中所带来的影响。最后GNSS兼容系统中的洗好干扰如何能够降到最低，才算各个系统之间成功的兼容，目前尚未有明确的定义。

2. GNSS全球卫星导航系统目前存在的问题及解决对策

2.1 GNSS导航系统目前存在的主要问题

在全球4大卫星导航系统的实际应用中，人们创造性的把几个系统组合使用，从而创造出更大的使用价值。第一个主要存在的问题就是多种导航系统的兼容性问题。首先就要清楚的了解这四大导航系统的本初计划、现状、同类性和差异性;然后从最优化的角度，通过最佳化选择和充分利用四大全球系统之间的兼容作用。我们国家最近发展的北斗卫星导航系统正在处于快速开发的阶段，所以我们政府应该审时度势，找准北斗卫星定位系统在GNSS全球卫星导航系统中的作用，正确合理的配置我们的优势资源，积极实行改革开放的政策，实现将来的可持续发展。第二个方面，GNSS系统组成除了空间段、运控段和用户段还应该包括环境段。环境段涉及的大气(电离层和对流层)条件、电磁环境、多径与植被效应，以及多种多样的应用环境条件，因为这些环境因素会严重的影响到GNSS系统工作的精度，定位精度以及完好性、可用性和连续性等一系列关键性的指标。第三多种信息系统融合技术等方面的问题，多种信息系统技术的融合和一体化集成技术，是目前GNSS应用服务产业的基本特点，有力的保证着卫星导航产业走向规模化、大众化，使得导航终端与控制中心端的互通互联成为可能，使得车队监控、物流调度、个人跟踪、网络导航成为很大的可能。第四方面，室内外导航地位融合技术，主要存在两个方面的问题，首先就是城市的杏仁定位导航问题，GNSS应用的大众化市场过去几年主要集中在机动车辆的使用方面，GNSS在市区行人困难的问题。城市高楼林立，道路较多和树木及房屋的遮蔽效应逐渐增强，与车辆相比会造成严重的现象，使得GNSS精度和完好性承受很大的挑战。

2.2 具体的解决对策和方案

(1) 采用两步法实现多系统的精密整合：两步法融合精密定轨的主要思想就是以IGS提供的GPS精密星历为时空基准，利用GPS卫星观测数据确定GPS定位系统与格洛纳斯定位系统进行整合，进一步固定已经获取的跟踪站目标、接收机钟差以及对流层基本的运行参数设置。(2)采用多路复用技术：目前的信号复用技术主要包括线性调制或者空间调制、正交乘积副载波调制、最大表决技术(是一种基于多数表决逻辑的恒包络复用技术)，目前我国的北斗导航系统采用了AltBOC和最大表决法多路复用技术。(3)多模GNSS融合精密定轨技术：多模GNSS融合精密定轨涉及到上百颗卫星导航，大规模地面跟踪站，甚至面对地面观测卫星的复杂数据的处理过程。由于多系统的存在，多模GNSS数据质量控制技术就显得尤为重要了。

3.小结

本文主要探讨了GNSS全球卫星导航系统的整合技术，在分析参考文献的基础上，首先对GNSS卫星导航系统兼容整合的基本概念及特点进行了相关分析，GNSS整合系统最大的特点就是其采用的是一种现代化的数字接收技术。其次分析了GNSS全球卫星导航系统目前存在的问题及解决对策，目前存在的主要问题就是各个导航系统的相互兼容性问题。笔者建议采取如下对策实现各个导航系统的融合，比如采用两步法实现多系统的精密整合、多路复用技术、多模GNSS融合精密定轨技术。