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科普干货 |晶振在北斗导航系统中的应用

2024-08-30

本期知识点

北斗导航系统概况：

BDS（北斗）是中国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，目前在轨卫星 55 颗。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。为全球用户提供服务，空间信号精度将优于 0.5 米；全球定位精度将优于 10 米，测速精度优于 0.2 米/秒，授时精度优于 20 纳秒；亚太地区定位精度将优于 5 米，测速精度优于 0.1 米/秒，授时精度优于 10 纳秒，整体性能大幅提升。

北斗与 GPS 的差异

北斗多一个可以发短信报文的功能，这是独家秘笈。

定位精度上水平方向略比 GPS 差，高度精度上比 GPS 略好。

授时精度比 GPS 略差

北斗卫星定位系统相对 GPS 定位系统优势：

北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。

北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。

北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。

北斗及 GPS 定位系统常用晶振：

不管是定位导航还是短报文服务，作为地面接收机都需要采用高稳定度的 TCXO。目前对于带有短报文功能的专业手持终端，所用的 TCXO 频率多以10.000MHz 和16.320MHz 为主，根据方案需求可选用带有压控功能的 TCXO。对于BDS+GPS 多模

定位的芯片，以采用 16.368MHz（16.367667，16.369)和 26MHz 为主。

导航系统对晶振的特殊要求：

卫星定位导航应用中，在解算位置速度信息时需要精准的时间测量，包括卫星钟和本地钟两种时间信息。本地钟通常采用晶振，精度要求不及卫星钟，钟差钟漂可以作为定位测速误差公共项进行消除。本地晶振输出的时钟信号优劣直接影响接收机性能，对卫星定位导航信号的捕获、跟踪性能影响是巨大的，尤其是在振动、高动态等恶劣工作环境中。

在卫星导航定位处理时，卫星接收机的晶振受到外部的各种干扰，输出频率、相位均会发生波动。在波动较大时会引起接收机环路失锁，导致卫星信号丢失。

卫星接收机跟踪环路误差主要有：热噪声σtPLL、晶振噪声和动态应力误差θe，其中，晶振噪声又分为由晶振的相位噪声引起的σv 和由短期稳定度引起的颤动θA。

晶振的相位噪声和短期稳定度主要由晶振的频率稳定度、Frequency Slope（温度变化下的频率变化斜率）以及G-Sensitivity（加速度灵敏度）决定。由以上公式可知，晶振的频率稳定度、Frequency slope以及G-Sensitivity会对卫星接收机的PLL跟踪环路的性能造成较大的影响，是造成GNSS接收机环路失锁的主要因素。

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因此，在为GNSS接收机进行晶振选型时，需要重点考虑这些参数。

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BDS导航系统常用晶振参数要求：