論衛星導航定位系統設備時延的原因

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本文結合理論實踐，先分析了設備時延的含義，再提出影響衛星導航定位系統設備時延的主要因素，最后分析相應的控制措施，希望對提升衛星導航定位系統運行的穩定性和可靠性有一定的幫助。引言在科學技術不斷發展的背景下，衛星導航定位系統愈發先進，被廣泛應用在生活、生產中。根據工作原理的不同，在衛星導航定位系統大體上可以分為兩種：①RNSS系統；②RDSS系統。其中RNSS系統是一種衛星無線電導航系統，至少需要4顆衛星才能實現導航定位，是一種無源定位體制；而RDSS系統，由2顆衛星即可完成導航定位，是一種有源定位體制。無論何種衛星導航定位系統最主要的功能是定位和定時。設備時延是影響定位和定時準確性的主要因素，基于此，本文結合理論實踐，對影響衛星導航定位系統設備時延的主要因素做了如下探討。

1設備時延的含義

當信號通過傳輸系統或者網絡時，輸出信號比輸入信號會產生一定的滯后時間，被稱之為時延。就衛星導航定位系統而言，測距設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，衛星導航定位系統的時延也不僅僅是指某一種信號的傳輸時延，屬于中群時延，是對各個頻率下時延量的整體表示。

2影響衛星導航定位系統設備時延的主要因素

2.1設備自身

在衛星導航定位系統設計中，設備設計和材料選擇的主要指標之一是時延特性，設備自身的時延特性是影響整個衛星導航定位系統時延的主要因素。除選擇合適的材料之外，諸如終端、信道設備等均放置在室內，或者密封性較好的空間中，確保各項設備都能在良好的環境中運行。2.1.1終端。終端是衛星導航定位測距系統的主要設備，具有通信、測量的作用，在終端設備設計時要著重考慮以下兩個方面：①滿足衛星導航定位系統測量對準確性的要求，比如：通道測量需要在FPGA中實現，以確保每個通道的處理環節延時相一致，選擇外部時頻來輸送IPPS信號，確保測量起點的準確性。②通過一系列行之有效的措施，確保設備運行環境溫度和濕度的穩定性，比如：可以安裝精密空調、設置恒溫系統等，確保終端設備時延的穩定性，實際測試結果表明，將終端設備放置到恒溫環境中，時延可控制在0.05ns以下。2.1.2信道設備。為確保衛星導航定位系統各項設備的時延特性，信道設備也要放置在室內環境中，導致信道設備時延增加的主要因素包括以下幾個方面：①低噪聲放大器，應用最廣泛的C頻段低噪聲放大器時延特性指標為：線性群時延0.01ns/MHz，群時延波動為0.1ns，在運行中會對衛星導航定位系統造成約0.1ns波動。②變頻器，其主要作用是對載波信號進行頻譜搬移，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，在運行中會對衛星導航定位系統時延造成1.0ns的波動[2]。

2.2設備老化

設備老化是導致衛星導航定位系統發生時延不穩定性的主要因素，為有效解決此類問題，就需要根據衛星導航定位系統運行環境的不同進行合理調整和分析，具體而言，可以從以下兩個方面入手：（1）器件選擇長對設備時延的影響。為驗證不同器件對設備時延老化的影響，本文選擇兩種較新的產品進行試驗。隨著使用時間的增加，設備時延振動呈現先增加、后降低、最后趨于穩定的狀態。不同設備老化引起的試驗變化基本相同。但產品選用的器件不同，設備時延變化也各不相同。因此，通過合理選擇器件可大幅度降低設備老化對時延的影響，從單個設備時延結果來開，通過預先老化的方法，可有效控制設備時延變化。（2）器件老化對設備時延的影響。為科學驗證器件對設備時延老化的影響，選擇某生產單位生產的同批次產品進行為期8個月老化試驗。

2.3環境溫度影響因素

環境溫度是影響衛星導航定位系統設備時延的主要因素，衛星導航定位系統設備在運行中，終端和信道設備都放置在恒溫恒濕的封閉性環境中，溫度變化比較小。因此，時延特性受到溫度變化較大是放置在室外的設備，如：電纜、拋物面天線饋源網絡等設備。

2.4信號質量影響因素

信號質量對衛星導航定位系統設備時延的影響主要體現在以下幾個方面：（1）傳輸線纜多路徑效應。在衛星導航定位系統中射頻信號傳輸時多采用射頻線纜，如果存在彎折現象，則駐波比就很難為0，信號在電纜中會發生多徑反射，從而引發信號時延變化。多徑效應也是導致衛星導航定位系統接收信號發生延遲擴展主要因素，造成最大的影響是導致擴頻信號同步時造成同步誤差[3]。（2）信號干擾。如果干擾信號功率和運行信號功率相同，則引發時延誤差可達0.4ns，但干擾信號的功率超過運行信號功率10bB時，時延誤差可達到2ns。

3設備時延控制手段

3.1合理規避溫度影響

大量實例表明，溫度是影響衛星導航定位系統設備時延的主要因素，在設備選擇和系統設計時要高度注意，衛星導航定位系統的地面控制站溫度在50ps/℃~400ps/℃之間，為降低設備時延對衛星導航定位系統的影響，就必須嚴格控制溫度，可采用以下措施：（1）在設備設計時，選擇高性能的溫度惰性元器件，并合理布設電路板，比如：在射頻接插件選擇時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）地面放置的設備要建立恒溫機房，并采用計算機對機房中的溫度進行嚴格控制，確保溫度時刻保持在允許范圍中。（3）選擇高性能電纜，設備連接完成后，還要設備試驗進行嚴格的零值標定，在射頻信號傳輸中盡量選擇低損耗、高相位穩定度、高密封性、高機械強度的同軸電纜。

3.2做好設備選擇和設計工作

（1）在變頻器設計時，可采用寬帶響應特性和溫度特性較高的無源混頻設計方案。（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，設備通道時延在100ps/dB~1ns/dB之間，因此，在設計中要盡量把放大器放置在線性區域中[4]。（3）在滿足衛星導航定位系統抗干擾性能的基礎上，盡量采用寬帶技術，并盡量降低濾波器的數量，在設計時通道寬帶要略大于信號的寬帶。

4結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，探討了影響衛星導航定位系統設備時延的主要因素，探討結果表明，設備時延是衛星導航定位系統在運行中客觀存在的，很難從根本上的規避。影響設備時延的因素比較多，包括：設備自身特性、設備老化、環境溫度、信號質量等。任何一個環節發生問題都會引起設備時延，因此，需要根據衛星導航定位系統運行的實際情況，從合理規避溫度影響、做好設備選擇和設計工作等方面入手，才能降低設備時延，提升衛星導航定位的精度。

參考文獻：

[1]張文紅.民航衛星導航系統中的同步技術[J].電子技術與軟件工程，2018（21）：20.

[2]王蓉，陳思，胡偉鋒，鄧春.衛星導航定位誤差仿真分析[J].計算機測量與控制，2018，26（10）：264-268.

[3]何在勇.全球導航定位系統GNSS的技術與應用[J].科學技術創新，2018（28）：14-15.

[4]王禹.大地測量中北斗衛星導航定位系統的運用分析[J].科技創新與應用，2018（26）：175-176.

作者:萬曉東 單位:陜西東方航空儀表有限責任公司