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[摘 要]本文从卫星导航技术和GPS接收机以及我国对于GPS接收机的研究和应用现状进行概述出发，重点探讨了GPS接收机应用的关键技术，包括GPS接收机不完整星座定位技术、GPS接收机自主完好性监测算法技术、水上安全监控船载终端系统的电磁兼容技术以及嵌入式GPS接收机技术等，以期为相关的理论研究和具体的实践工作提供一定的借鉴。研究GPS接收机及其应用的关键技术的诸多问题，具有重要的现实意义和价值。
[关键词]GPS接收机；应用；关键技术
中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0030-02
1 GPS接收机的研究和发展现状概述
1.1 卫星导航技术以及GPS接收机
卫星导航在军事、航海、航空、交通、测量和勘测等领域的广泛运用促使其受到社会越来越多的关注，并且逐渐渗透到一切与位置、速度和时间相关人类活动实践中去。从目前来看，GPS是卫星导航定位系统中最为先进、应用最为广泛的一种技术，市场前景十分广阔。
从结构上来看，GPS接收机的主要表现形式以单通道序贯式以及时分多路复用式为主。但是近些年来随着超大规模集成电路以及数字信号处理技术的广泛应用和发展，以上两种形式的GPS接收机逐渐被并行多通道式GPS接收机所取代，实现通道数以及等效相关器数的提升。从目前来看，集成度更高的内嵌MPU或者MCU的GPS接收机基带处理器芯片已经逐渐成为时代发展的主流趋势，还相继出现了单芯片接收机产品以及其他更为智能的新产品，能够将射频以及数字处理模块有效集成在一起。
1.2 我国对于GPS接收机的研究和应用现状
在国外卫星导航领域实现繁荣快速发展的同时，我国也采取了相应的举措，旨在加快卫星导航应用产业领域的发展。国家计委实施的卫星导航应用产业化专项是“十五”期间重要的发展政策举措，除此之外还面向全国公布了组织实施卫星导航应用产业化举措的公告。受到国家科技部以及财政部等相关职能部门的资金、技术、政策支持以及大力推动下，属于中国自身的卫星导航产业链逐渐形成。GPS接收机中涉及到的GPS芯片设计、手持GPS接收机、车载导航等领域，都得到了繁荣发展。但是，必须承认的是，我国在GPS接收机以及相关芯片的研究方面仍然不够深入，与先进西方国家仍然保持着不小的差距。在接收机的跟踪频率数、导航数据的更新速度、通道数、多径抑制等方面都需要开展进一步的研究，促进技术优化和完善。在国外的GPS接收机设计和应用实践中，GPS接收机产品有着丰富的种类以及高度的性能，还有着强度的抗干扰以及抗欺骗能力。然而反观我国，成熟的产品尚不存在，对于这些领域的GPS接收机产品也处于研发中，市场化的系列产品尚未得到开发。除此之外，我国GPS接收机相对于国外成熟的产品来说，还在核心算法的先进性、元器件水平、抗干扰性能以及工艺制作水平方面有很大的欠缺。
2 GPS接收机应用的关键技术
2.1 GPS接收机不完整星座定位技术
GPS卫星导航定位系统是一种以无线电为基础的导航系统，具有全球性、全天候以及连续性高的导航以及定位能力，能够开展精密的三维导航作业。GPS卫星导航系统是一种发展较为成熟的系统，自从其诞生以来，就在诸如军事以及民用等众多行业领域中得到了广泛的运用，发挥着十分重要的积极作用。但是，在对GPS卫星导航系统进行利用，开展导航定位工作时，GPS的用户接收机必须至少接收到三颗卫星的信号，才能够进行准确的二维定位。如想要进行三维定位，那么需要收到四颗卫星发出的信号。但是不可避免的是，在峡谷、森林等地受到恶劣地理环境的影响，能够接收到卫星信号的数量经常不足所需要的数目，那么GPS卫星导航定位工作就无法准确进行。因此，对这种情况下的卫星导航工作的开展进行研究具有重要的现实意义。
研究人员利用各种有效的辅助信息，使其即使在恶劣的环境下，也能够保持精确定位。惯性导航系统、天文导航系统以及伪卫星导航系统等都是研究工作者探索出的辅助方法。以上方法都需要进行相应硬件的增设。除此之外，一部分研究工作者还在努力研究在不增设其他硬件的前提下，促使GPS接收机在恶劣环境下开展正常工作的方法，包括对接收机自身的其他信息进行利用，或者充分利用相关的算法，对GPS接收机定位进行辅助。
2.2 GPS接收机自主完好性监测算法技术
随着GPS接收机技术的迅速发展，如果GPS接收机仅仅能够进行标准差精度的提供，那么它将不能够满足用户高标准的需求。特别是对于生命安全以及航空非精密进场等特殊场合的服务来说，更高的可靠性以及更高的精度都是人们对于GPS接收机提出的更高要求。因此，接收机自主完好性监测等技术应运而生。这种技术能够在卫星定位误差超过门限的情况下为用户提供技术的报警服务。对于较为理想的自主完好性监测来说，GPS接收机需要包括从导航解中探测、隔离以及对故障测量源的去除等方面。自主完好性监测技术能够充分利用接收机自身的冗余观测值，针对卫星故障开展一致性监测并且精确识别。在自主完好性监测技术中，国外的研究人员探测出了距离比较法、奇偶空间法以及最小二乘残差和法等方法，并且积极采用其他外界辅助信息，开展高效的故障检测以及隔离和排除。
随着卫星导航系统的繁荣发展，实现不同卫星导航系统中卫星星座之间的共享，为卫星导航GPS接收机提供共享式服务，已经成为一种主流趋势。在这种主流趋势发展成熟之后，每个接收机将能够同时处理更多的卫星数目，大幅度提升接收机性能。但是在这种趋势下，GPS接收机的可视卫星中可能会出现多个卫星故障，这是其带来的消极影响之一。所以，处理同时出现多个卫星故障的问题，开展高效的检测、隔离以及卫星联合的工作，是自主完好性监测技术的发展方向和趋势。从目前GPS接收机自主完好性监测技术的运用实践来看，GNSS导航系统的繁荣发展以及导航定位信号的增加都为GPS接收机带来了更多有用、有效信息。因此，自主完好性监测技术逐渐成为近年来国内外研究发展的重点和热点问题。 2.3 水上安全监控船载终端系统的电磁兼容技术
水上交通在经济高速发展的今天，受到了越来越广泛的关注。对水上交通安全进行应有的关注、提供坚实的保障，对人民群众的生命财产安全起着重要的影响作用。水上交通安全是涉及到人民群众生活方方面面的国家公益性领域，在其中卫星导航技术成为其重要的支撑性技术。随着近些年欧洲卫星导航民用计划的制定和实施，中国卫星导航系统的建设也逐渐提上了日程。我国政府部门以及航务管理等相关部门对于内河船舶的安全监管的关注越来越多。我国水运事业随着国民经济的发展也得到了前所未有的发展机遇，其中作为关键组成部分的内河航运已经逐渐成为拉动内陆经济发展的关键因素。由之带来的运输安全性以及高效性的问题值得关注。对船舶运行开展监控、对人身安全做出保障的船载终端系统进行开发和研究，时间紧、任务重。与此同时，造船工业以及电子工业的发展也促使现代传播装备中电气以及电子设备的增多趋势的加强，智能化以及复杂化是其最为明显的发展趋势。
因为PCB处于较为狭小的空间，所以在这些设备之间容易引发电磁干扰现象。由于以上原因造成的干扰不仅会对设备的运行性能产生影响，还会导致严重差错的产生，进而诱发事故。所以，当今船舶上电子设备中突出的电磁兼容问题的出现以及恶化促使人们关注在船舶上进行电磁兼容新优良的电子通信导航的安装，这也成为GPS接收机研制过程中尤为重要的问题。所以，在对船舶电子设备进行研究以及开发的过程中，需要不得不考虑电磁兼容的设计问题。船载终端系统设计领域内部的电磁兼容研究对于我国船舶电子产业的国产化发展来说，具有十分典型的参考和借鉴意义和价值。除此之外，在船载终端系统中进行GPS接收机的应用，对于GPS接收机的国产化以及市场化来说，都具有十分重要的促进作用。
2.4 嵌入式GPS接收机技术
GPS接收机处于不断发展和升级优化中。但是，从目前GPS接收机的应用实践来看，存在的主要问题是GPS OEM板以及芯片对于进口的强烈依赖问题。我国国产的GPS接收机尚未完全打开市场，应用市场仍然十分广阔，市场空间仍处于不断发展过程中。因此，争取打破国外主流GPS接收机以及芯片市场的垄断局面，对GPS接收机的核心技术进行深入的研究，争取早日研制出设计灵活性强、适应度高、具备自主知识产权的嵌入式GPS接收机，是当前我国卫星导航事业产业的主要任务之一。
3 总结
自从GPS系统建立之后，全球范围内掀起了对于GPS接收机及其应用的研究热潮，我国也不甘落后，在众多研究领域取得了重大的成就。但是相比西方发达国家，我国在GPS接收机及其应用的关键技术领域的研究仍存在不小的缺陷。因此，对GPS接收机及其应用的关键技术展开更为深入的研究，需要更多相关研究人员的努力。
参考文献
[1] 覃新贤，韩承德，谢应科等.GPS软件接收机中的一种实用高灵敏度快速捕获算法[J].电子学报，2010，38（1）：99-104.
[2] 滕云龙，师奕兵，郑植等.恶劣环境下GPS接收机定位算法研究[J].仪器仪表学报，2011，32（8）：1879-1884.
[3] 王纯，张林让，陈广锋等.用于GPS接收机的快速自适应干扰抑制方法[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2011，38（3）：114-120.
[关键词]GPS接收机；应用；关键技术
中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0030-02
1 GPS接收机的研究和发展现状概述
1.1 卫星导航技术以及GPS接收机
卫星导航在军事、航海、航空、交通、测量和勘测等领域的广泛运用促使其受到社会越来越多的关注，并且逐渐渗透到一切与位置、速度和时间相关人类活动实践中去。从目前来看，GPS是卫星导航定位系统中最为先进、应用最为广泛的一种技术，市场前景十分广阔。
从结构上来看，GPS接收机的主要表现形式以单通道序贯式以及时分多路复用式为主。但是近些年来随着超大规模集成电路以及数字信号处理技术的广泛应用和发展，以上两种形式的GPS接收机逐渐被并行多通道式GPS接收机所取代，实现通道数以及等效相关器数的提升。从目前来看，集成度更高的内嵌MPU或者MCU的GPS接收机基带处理器芯片已经逐渐成为时代发展的主流趋势，还相继出现了单芯片接收机产品以及其他更为智能的新产品，能够将射频以及数字处理模块有效集成在一起。
1.2 我国对于GPS接收机的研究和应用现状
在国外卫星导航领域实现繁荣快速发展的同时，我国也采取了相应的举措，旨在加快卫星导航应用产业领域的发展。国家计委实施的卫星导航应用产业化专项是“十五”期间重要的发展政策举措，除此之外还面向全国公布了组织实施卫星导航应用产业化举措的公告。受到国家科技部以及财政部等相关职能部门的资金、技术、政策支持以及大力推动下，属于中国自身的卫星导航产业链逐渐形成。GPS接收机中涉及到的GPS芯片设计、手持GPS接收机、车载导航等领域，都得到了繁荣发展。但是，必须承认的是，我国在GPS接收机以及相关芯片的研究方面仍然不够深入，与先进西方国家仍然保持着不小的差距。在接收机的跟踪频率数、导航数据的更新速度、通道数、多径抑制等方面都需要开展进一步的研究，促进技术优化和完善。在国外的GPS接收机设计和应用实践中，GPS接收机产品有着丰富的种类以及高度的性能，还有着强度的抗干扰以及抗欺骗能力。然而反观我国，成熟的产品尚不存在，对于这些领域的GPS接收机产品也处于研发中，市场化的系列产品尚未得到开发。除此之外，我国GPS接收机相对于国外成熟的产品来说，还在核心算法的先进性、元器件水平、抗干扰性能以及工艺制作水平方面有很大的欠缺。
2 GPS接收机应用的关键技术
2.1 GPS接收机不完整星座定位技术
GPS卫星导航定位系统是一种以无线电为基础的导航系统，具有全球性、全天候以及连续性高的导航以及定位能力，能够开展精密的三维导航作业。GPS卫星导航系统是一种发展较为成熟的系统，自从其诞生以来，就在诸如军事以及民用等众多行业领域中得到了广泛的运用，发挥着十分重要的积极作用。但是，在对GPS卫星导航系统进行利用，开展导航定位工作时，GPS的用户接收机必须至少接收到三颗卫星的信号，才能够进行准确的二维定位。如想要进行三维定位，那么需要收到四颗卫星发出的信号。但是不可避免的是，在峡谷、森林等地受到恶劣地理环境的影响，能够接收到卫星信号的数量经常不足所需要的数目，那么GPS卫星导航定位工作就无法准确进行。因此，对这种情况下的卫星导航工作的开展进行研究具有重要的现实意义。
研究人员利用各种有效的辅助信息，使其即使在恶劣的环境下，也能够保持精确定位。惯性导航系统、天文导航系统以及伪卫星导航系统等都是研究工作者探索出的辅助方法。以上方法都需要进行相应硬件的增设。除此之外，一部分研究工作者还在努力研究在不增设其他硬件的前提下，促使GPS接收机在恶劣环境下开展正常工作的方法，包括对接收机自身的其他信息进行利用，或者充分利用相关的算法，对GPS接收机定位进行辅助。
2.2 GPS接收机自主完好性监测算法技术
随着GPS接收机技术的迅速发展，如果GPS接收机仅仅能够进行标准差精度的提供，那么它将不能够满足用户高标准的需求。特别是对于生命安全以及航空非精密进场等特殊场合的服务来说，更高的可靠性以及更高的精度都是人们对于GPS接收机提出的更高要求。因此，接收机自主完好性监测等技术应运而生。这种技术能够在卫星定位误差超过门限的情况下为用户提供技术的报警服务。对于较为理想的自主完好性监测来说，GPS接收机需要包括从导航解中探测、隔离以及对故障测量源的去除等方面。自主完好性监测技术能够充分利用接收机自身的冗余观测值，针对卫星故障开展一致性监测并且精确识别。在自主完好性监测技术中，国外的研究人员探测出了距离比较法、奇偶空间法以及最小二乘残差和法等方法，并且积极采用其他外界辅助信息，开展高效的故障检测以及隔离和排除。
随着卫星导航系统的繁荣发展，实现不同卫星导航系统中卫星星座之间的共享，为卫星导航GPS接收机提供共享式服务，已经成为一种主流趋势。在这种主流趋势发展成熟之后，每个接收机将能够同时处理更多的卫星数目，大幅度提升接收机性能。但是在这种趋势下，GPS接收机的可视卫星中可能会出现多个卫星故障，这是其带来的消极影响之一。所以，处理同时出现多个卫星故障的问题，开展高效的检测、隔离以及卫星联合的工作，是自主完好性监测技术的发展方向和趋势。从目前GPS接收机自主完好性监测技术的运用实践来看，GNSS导航系统的繁荣发展以及导航定位信号的增加都为GPS接收机带来了更多有用、有效信息。因此，自主完好性监测技术逐渐成为近年来国内外研究发展的重点和热点问题。 2.3 水上安全监控船载终端系统的电磁兼容技术
水上交通在经济高速发展的今天，受到了越来越广泛的关注。对水上交通安全进行应有的关注、提供坚实的保障，对人民群众的生命财产安全起着重要的影响作用。水上交通安全是涉及到人民群众生活方方面面的国家公益性领域，在其中卫星导航技术成为其重要的支撑性技术。随着近些年欧洲卫星导航民用计划的制定和实施，中国卫星导航系统的建设也逐渐提上了日程。我国政府部门以及航务管理等相关部门对于内河船舶的安全监管的关注越来越多。我国水运事业随着国民经济的发展也得到了前所未有的发展机遇，其中作为关键组成部分的内河航运已经逐渐成为拉动内陆经济发展的关键因素。由之带来的运输安全性以及高效性的问题值得关注。对船舶运行开展监控、对人身安全做出保障的船载终端系统进行开发和研究，时间紧、任务重。与此同时，造船工业以及电子工业的发展也促使现代传播装备中电气以及电子设备的增多趋势的加强，智能化以及复杂化是其最为明显的发展趋势。
因为PCB处于较为狭小的空间，所以在这些设备之间容易引发电磁干扰现象。由于以上原因造成的干扰不仅会对设备的运行性能产生影响，还会导致严重差错的产生，进而诱发事故。所以，当今船舶上电子设备中突出的电磁兼容问题的出现以及恶化促使人们关注在船舶上进行电磁兼容新优良的电子通信导航的安装，这也成为GPS接收机研制过程中尤为重要的问题。所以，在对船舶电子设备进行研究以及开发的过程中，需要不得不考虑电磁兼容的设计问题。船载终端系统设计领域内部的电磁兼容研究对于我国船舶电子产业的国产化发展来说，具有十分典型的参考和借鉴意义和价值。除此之外，在船载终端系统中进行GPS接收机的应用，对于GPS接收机的国产化以及市场化来说，都具有十分重要的促进作用。
2.4 嵌入式GPS接收机技术
GPS接收机处于不断发展和升级优化中。但是，从目前GPS接收机的应用实践来看，存在的主要问题是GPS OEM板以及芯片对于进口的强烈依赖问题。我国国产的GPS接收机尚未完全打开市场，应用市场仍然十分广阔，市场空间仍处于不断发展过程中。因此，争取打破国外主流GPS接收机以及芯片市场的垄断局面，对GPS接收机的核心技术进行深入的研究，争取早日研制出设计灵活性强、适应度高、具备自主知识产权的嵌入式GPS接收机，是当前我国卫星导航事业产业的主要任务之一。
3 总结
自从GPS系统建立之后，全球范围内掀起了对于GPS接收机及其应用的研究热潮，我国也不甘落后，在众多研究领域取得了重大的成就。但是相比西方发达国家，我国在GPS接收机及其应用的关键技术领域的研究仍存在不小的缺陷。因此，对GPS接收机及其应用的关键技术展开更为深入的研究，需要更多相关研究人员的努力。
参考文献
[1] 覃新贤，韩承德，谢应科等.GPS软件接收机中的一种实用高灵敏度快速捕获算法[J].电子学报，2010，38（1）：99-104.
[2] 滕云龙，师奕兵，郑植等.恶劣环境下GPS接收机定位算法研究[J].仪器仪表学报，2011，32（8）：1879-1884.
[3] 王纯，张林让，陈广锋等.用于GPS接收机的快速自适应干扰抑制方法[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2011，38（3）：114-120.