# 一、什么是高动态GNSS应用
普通的GNSS接收机，比如手机里的导航、车载导航，载体速度也就是每小时几十到一百多公里，加速度也不大。这种场景下，卫星信号的多普勒变化率很慢，跟踪环路很容易保持锁定。
但在一些特殊应用场景下——比如导弹制导、火箭运载、高超声速飞行器、高机动飞机——载体的速度、加速度、加加速度（ jerk ）都非常大。这时候，接收到的卫星信号的多普勒频率和多普勒变化率也会非常大，普通的跟踪环路很容易失锁。这种需要在高速、高加速度条件下仍然保持定位的接收机，就叫做高动态GNSS接收机。
高动态接收机的设计难点在于：一方面，多普勒范围大，捕获的时候要在很宽的多普勒范围内搜索，捕获时间会变长；另一方面，信号频率变化快，跟踪环路的带宽就得做宽，但带宽一大，环路对噪声的抑制能力就下降了。怎么在高动态响应和低噪声之间做平衡，是高动态接收机设计的核心难题。
# 二、高动态环境给接收机带来的挑战
## 2.1 捕获阶段：多普勒范围宽，捕获时间长
普通车载场景下，多普勒范围大概±5KHz就够了。但在高动态场景下——比如载体速度几马赫、还有大加速度——多普勒范围可能达到±50KHz甚至更宽。多普勒范围越宽，捕获的时候要搜索的频点就越多，捕获时间就越长。对于武器装备来说，冷启动时间每多一秒都是宝贵的。
所以高动态接收机的捕获算法研究，重点就是怎么在这么宽的多普勒范围内，仍然快速完成捕获——要么用并行频率搜索的结构，要么用辅助信息（比如惯导给出的粗略位置速度）来缩小搜索范围。
## 2.2 跟踪阶段：环路带宽的两难选择
跟踪环路的设计是个权衡：带宽窄，滤除噪声的能力强，稳态精度高；但带宽窄了，跟踪环就跟不上快速变化的多普勒信号，容易失锁。带宽宽，能跟上高动态变化，但噪声抑制差，测量精度就下来了。
传统的固定带宽环路，在高动态场景下很难两全。于是研究者们提出了各种改进方案——变带宽环路、卡尔曼滤波跟踪、高动态辅助跟踪等等。这些新算法好不好用，不能只靠MATLAB仿真，得在真实的硬件平台上验证才行。
# 三、宇志高动态接收机平台的技术特点
宇志通信的GNSS接收机研发平台，从设计之初就考虑到了高动态扩展的需求。基础平台支持1秒钟内完成GPS L1全部32颗星、北斗B1I全部63颗星的捕获，多普勒范围默认±16KHz。
对于有高动态特殊需求的用户，平台可以扩展到12km/s的载体速度适应能力，多普勒捕获范围扩展到±60KHz。这个范围已经覆盖了大多数高动态飞行器的应用场景。
更重要的是，平台交付完整的FPGA和ARM源码——捕获模块的搜索结构、跟踪环路的鉴相器和环路滤波器，全部是开放的。研究人员可以在这个基础上，自由实现自己的高动态跟踪算法：比如加卡尔曼滤波器、设计变带宽环路、引入惯导辅助的高动态跟踪等等。不需要从零开始搭一个基本接收机，直接在成熟的框架上做改进，研究效率高很多。
## 四、配套验证工具链
研究高动态接收机算法，光有接收机平台还不够，你还得能产生高动态的测试信号。这时候宇志的中频采集回放和信号模拟工具链就派上用场了：
一方面，你可以用中频采集回放设备，录制真实的高动态飞行试验数据——比如某次导弹遥测试验中录下来的中频信号——带回实验室反复回放，在上面迭代你的高动态跟踪算法。这种真实高动态数据，比仿真的更有说服力。
另一方面，如果你有信号模拟器，可以用它产生标准的高动态场景信号——设置不同的速度、加速度、加加速度——然后用采集设备录下来，作为标准测试数据，用来客观对比不同高动态算法的性能。
再加上导航电磁环境模拟测试源，你还可以测试高动态接收机在有干扰条件下的表现——又要抗高动态、又要抗干扰，这才是真实战场环境下接收机面临的复杂场景。
# 五、典型研究方向
高动态接收机平台适合做哪些方向的研究呢？比较典型的有：
第一，高动态快速捕获算法。怎么在几十KHz的多普勒范围内，用尽量少的计算资源，快速完成全星捕获？这是一个很经典的研究方向。
第二，高稳健性跟踪环路。基于卡尔曼滤波的载波跟踪环、基于矢量跟踪的接收机技术，都是当前的研究热点。
第三，惯导/GNSS深组合。用惯性导航的信息辅助GNSS跟踪环，在高动态甚至短时间信号遮挡的情况下，仍然保持跟踪不中断。
第四，高动态 抗干扰一体化。在高动态载体上同时实现抗干扰能力，这是装备预研的重要方向。
# 六、总结
高动态GNSS接收机是卫星导航领域技术门槛比较高的方向。开展这方面的预研，需要一套开放的、可修改的接收机硬件平台，配套完整的信号录制回放和测试工具链。宇志通信的GNSS软件接收机研发平台，通过全套源码交付和灵活的高动态扩展能力，为科研人员提供了一个可以自由探索高动态算法的基础平台。
上海宇志通信技术有限公司位于上海紫竹国家高新区，研发团队深耕卫星导航基带算法多年，支持高动态、抗干扰、阵列处理等各类预研项目的定制化开发。如果您正在开展飞行器导航、制导相关的预研课题，欢迎联系宇志通信技术团队获取高动态接收机平台的详细技术资料。
