开放式多模导航接收机设计

　　接收机设计关键技术

　　导航接收机设计除了原有的导航芯片设计、导航软件开发和核心算法研制等关键技术研究外，未来多星座全功能兼容GPS与北斗系统的接收机设计在多星座导航、可扩展性与二次开发能力上面也会面临着更多的问题。GPS与北斗接收机工作过程中，两种卫星的切换与控制贯穿整个运行全流程。针对实际运行环境的属性，接收机工作流在每个细节都设计有复杂的细节与考虑。其中系统运行各种状态的检测与切换过程是保证接收机在真实复杂环境下工作长期稳定性的重要手段。基于组件的软件架构与设计为系统在复杂环境中的各种算法功能模块的管理与调用提供了充分保证，这也是实现接收机由实验室验证到真实环境运行的必要手段，以面向对象的方法可以方便的实现导航算法的各种复杂功能组合切换。同时双星座卫星组合定位需要面临时间同步、选星策略等单GPS接收机所没有的问题，在嵌入式环境下系统资源非常有限，评判并解决选星策略、时间同步及开放式开放设计需要更加灵活有效的方法。

　　双星座可用卫星选取

　　可定制开放硬件平台和基于组件的软件设计为双模接收机开放式开发提供基本功能保证。基本的开放式开发原理为三层次设计：其中，简单应用层满足用户基本使用功能，直接定制功能与接收机产品或方案;概要开发层开放观测数据输出与控制，提供配套软硬件资源，可供用户进行组合导航、整机协作等使用需求;深度开发层开放信号控制接口，提供从卫星信号捕获跟踪到观测数据的提取再到定位解算的全流程开放模式，配套全辅助工具链，能够满足高端用户深度开发和特殊应用的设计要求。其中硬件设计方案中通过通用I/O接口及其它辅助端口提供通信与控制，采用模块化定义;而软件则采用配套可选配组件或端口的方式提供，如图5所示。　　

 

　　开放式开发方法设计

　　开发方法可以分为实时交互与非实时交互两种方式，在实时交互模式下程序运行数据和导航数据按照不同协议格式全部实时通过I/O或者存储区进行传输;而非实时交互模式下程序数据通过数据区文件形式交互，导航数据则可选用部分I/O端口实时传输。对于定制的开放式开发过程而言，系统的稳定性和冗余设计至关重要，在系统架构设计中对于开发的系统组件将进行运行剥离与保护。异常处理按照异常危害程度分为底层数据级、算法级和系统级：对于不造成系统正常运行产生直接危害的错误数据采取滤波、筛选甚至纠错等措施;对于算法级错误将对功能组件进行自检修复或停用控制;对于系统级错误将大致定位错误现象，同时保护并重启系统或给出处理意见。

　　结论

　　根据本文所提设计思路，以北京时代民芯科技有限公司研制的GPS/BD-2开放式双模接收机样机为基础，通过功能测试证明了开放式开发方法的可行性。下一步将针对开放式开发模式设计、接收机工程化及可靠性提高、高动态多模接收机设计等方面继续展开研究工作。

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