北斗定位、短報文基本原理及TCXO應(yīng)用

GNSS對于定位和授時的誤差主要原因是本地接收機的時鐘不能采用和衛(wèi)星鐘同樣的精準時鐘，衛(wèi)星鐘采用的是非常精確的銫原子鐘、銣原子鐘、氫原子鐘等，成本原因，地面使用的接收機不可能配備同樣昂貴的原子鐘，因此必然會存在本地鐘差，這也就導致了本地時鐘無法做到與衛(wèi)星時鐘完全同步，

GNSS 定位授時主要包括RNSS和RDSS兩種服務(wù)，在RNSS服務(wù)中，距離的測量存在偏差，這偏差主要來自于接收機與衛(wèi)星的鐘差，好在這個偏差對于每個衛(wèi)星都是一樣的。我們就可以在測量的時候考慮這個偏差，我們把這樣的測量結(jié)果稱為偽距意思就是這樣的距離并不是真正的距離。偽距可以寫成下面的形式:

其中Xsj、Ysj、Zsj 是衛(wèi)星的相對坐標，Xu、Yu、Zu是接收機的相對坐標，but 就是誤差。

式中包含了X/Y/Z 及but 誤差4個變量，所以需要通過4個方程式，也就是至少4個衛(wèi)星參數(shù)，最終能夠確定偽距，然后進行消冗處理。中國北斗系統(tǒng)兼容RNSS 和RDSS 服務(wù)，其中RDSS 是有源衛(wèi)星服務(wù)，可以通過在衛(wèi)星位置已知的條件下，計算出用戶機與兩顆衛(wèi)星的真實幾何距離。這樣，分別以兩顆衛(wèi)星為球心、用戶機至兩顆衛(wèi)星的距離為半徑確定兩個球面;用戶就在這兩球面交叉線上;在地面高程一致的情況下，地球表面與上述交又線有兩個交點，一個在南半球，一個在北半球服務(wù)區(qū)，對于我國用戶而言，后者即為用戶位置，也就是三球交會定位原理.

另外，中國北斗由于采用RDSS 的服務(wù)，北斗可提供SMS服務(wù)，這是北斗的獨家秘笈。從北斗一號，到北斗二號，再到北斗三號，北斗SMS功力不斷提升。北斗SMS服務(wù),分為向亞太區(qū)域用戶提供的SMS和向全球用戶提供的SMS服務(wù)。區(qū)域SMS采用RDSS體制，用戶無法獨立完成距離解算，用戶要向GEO衛(wèi)星發(fā)出定位請求和信息，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至地面中心，地面中心完成用戶位置解算，并將位置和相關(guān)信息通過衛(wèi)星回傳給用戶。

目前，北斗三號的區(qū)域短報文通信服務(wù)單次短報文最大長度為14000比特，大約相當于1000漢字，全球短報文通信服務(wù)利用14顆MEO衛(wèi)星實現(xiàn)覆蓋全球的報文通信服務(wù)，單次短報文最大長度為560比特，大約相當于40個漢字。終端發(fā)射功率可降低到3W以下，短報文通信成功率也很高，根據(jù)評估，區(qū)域短報文通信成功率優(yōu)于99.6%，全球短報文通信成功率由于96.46%。

不管是定位導航還是短報文服務(wù)，作為地面接收機都需要采用高穩(wěn)定度的TCXO 產(chǎn)品，也被稱之為溫度補償晶體振蕩器又稱溫補晶振，其在一定的溫度范圍內(nèi)通過一定的補償方式(比如電容補償、熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)補償?shù)?而保持晶體振蕩器的輸出頻率在一定的精度范圍內(nèi)(如10-7級、10-6 級)的晶體振蕩器。它具有開機特性好、功耗低、頻率-溫度穩(wěn)定性高等特點。廣泛應(yīng)用于各種通信、導航、雷達、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、移動通信、程控電話交換機、各類電子測量儀表中。GNSS主板是由RF射頻芯片,基帶芯片和核心CPU,晶振目加上相關(guān)外圍電路而組成的一個集成電路,其所有的功能一般都集成在一塊PCB主板上，因此要求TCXO晶振不但滿足GNSS系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時又保證小型化設(shè)計,隨著定位精度的不斷提高，對TCXO 產(chǎn)品的短穩(wěn)特別是秒穩(wěn)提出了更高的要求。