衛星ナビゲーションとソフトウェア無線

グローバルナビゲーション衛星システム（GNSS）は、軌道上にある衛星を使用して、地球にバインドされたデバイスがナビゲーション情報を決定するのを支援するシステムを指します。受信機は通常、マルチラテレーションアルゴリズムを使用して、軌道を回る衛星に対する相対的な位置を推測します。この情報は通常、さまざまなタイミングと軌道パラメータで構成されており、受信機はそこから軌道を回る衛星に対する位置を推測できます。もともとは防衛目的で開発されましたが、このテクノロジーの有用性により、現在ではさまざまな消費者、商業、および工業製品に展開されています。

元の、そして最もよく知られているGNSSシステムは、米国政府によって所有および運用されている全地球測位システムです。 GPSの影響、有用性、および利点は、携帯電話を介した個人的なナビゲーションから、飛行機のナビゲーション、建設調査、およびロジスティックに至るまで、あらゆるものに及びます。このシステムの戦略的および経済的重要性により、他の国や同盟は、ガリレオ、Global’naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema（GLONASS）、BeiDouなどの独自の代替システムを開発するようになりました。

受信機の性能を評価するために使用される重要な基準には、空間精度、感度、および完全性が含まれます。 GNSS衛星は、高度約20,000 kmで地球を周回し、送信電力は20〜240 Wであるため、これは重要です。これは、地球の表面で測定された約-130dBm（または携帯電話の信号強度の約0.05％）の受信信号強度に相当します。さらに、信号も同じ周波数で送信されており、地球上の受信機は信号を検出するだけでなく、データを処理するためにコード化された情報を復元する必要があります。

これには、GNSS受信機が、弱い信号に対する高感度の競合する要件のバランスをとると同時に、指定された範囲外の信号を積極的にフィルタリングする必要があります。受信機の感度は、パフォーマンスの重要な指標であり、エンコードされたデータをキャプチャしてデコードできるようにしながら、受信できる最小の信号強度に関係します。高感度は高性能の鍵ですが、受信機には着信データをフィルタリングする方法も含まれている必要があります。これらのフィルターは、受信機が不要な干渉によって損傷を受けないようにするために必要であり、必要な信号を強化するために使用できます。信号を受信して​​フィルタリングしたら、特定のアプリケーション用にエンコードされたデータをデコードする必要があります。これには、受信者に処理機能が必要です。

上記の各機能は、通常、専用の特定用途向け集積回路（IC）を介して実行されます。これらのICは、GNSSが必要なすべての場所で使用されます。車両のナビゲーションから携帯電話、位置追跡を必要とするロジスティクスアプリケーションの追跡まで。従来のGNSS受信機は、これらのICを使用して設計されていますが、その結果、通常は柔軟性がなく、アップグレードできず、GPSL1などの特定のコンスタレーション周波数のニーズのみを満たすことができます。これは、複数のコンステレーションと周波数にわたる柔軟性を必要とし、テクノロジーの進歩に応じて受信機をアップグレードする機能を必要とする人々にとって、複数の課題とコストを提示します。

従来のGNSS受信機は、多くの場合、特定のコンステレーションに制限されており、ひいてはチューニング範囲に制限されています。ただし、複数の周波数やコンスタレーションが使用されるマルチGNSS機能には大きな利点があります。より多くの衛星がシステムの継続性と可用性を向上させるだけでなく、最初に修正するまでの時間を改善し、地形が受信機と衛星の間の視界の問題を引き起こす極地や山岳地帯などの困難な地域での運用をより適切にサポートします。

GNSSシステムの完全性は保証されていません。これらのシステムは、自然の干渉源や大気現象の影響を受けるだけでなく、人工的な発生源からの無線干渉の影響も受けます。この干渉は、単一または複数の周波数に影響を与える可能性があり、スプリアスまたは意図的な放出が原因です。スプリアス干渉の場合、受信機の冗長性は正しい動作を保証するのに役立ちます。

ただし、従来の受信機は、特定の帯域が妨害されたり、誤った情報や誤解を招く情報が提供されたりする可能性がある環境など、意図的に競合する環境内で動作する場合、深刻な制限に直面します。これらのケースでは、受信者がスプリアスまたは誤った放射と実際の基礎となる信号を識別して区別することを要求することがよくあります。ミッションクリティカルなアプリケーションの場合、競合する環境で動作しているときに識別できることが不可欠な要件です。

このような場合、複数のコンステレーションや周波数からデータを受信し、予想位置と実際の位置の間で結果を確認することが重要な属性です。従来のGNSS受信機は一般に、競合のない環境で動作するように開発されているため、このニーズを満たすためにこれらのシステムをアップグレードすると、コストとダウンタイムが発生します。ソフトウェア無線（SDR）は、競合するさまざまな環境を識別できるだけでなく、ロックおよびナビゲーション情報を正常に維持できる堅牢なアルゴリズムを実装する柔軟性を提供する機能をますます提供しています。

ソフトウェア無線受信機は本質的に柔軟性があり、従来のハードウェア定義の機能をソフトウェアを使用して変更できるようになりました。ソフトウェア無線受信機ハードウェアには2つの部分があり、GNSS受信機として魅力的なソリューションになっています。 1つ目は、柔軟な無線フロントエンドです。これにより、ユーザーはさまざまな周波数に同時に調整できます。多くの場合、同時に調整できます。これらの無線フロントエンドは、近くのソースによって引き起こされる干渉を減らすためにアナログフィルタリングを提供することもできます。これは、SDR受信機に十分な無線チャネルがあれば、複数の周波数とコンステレーションで同時に実行できます。魅力的なソリューションとなるSDRレシーバーの2番目の部分は、オンボードデジタル信号処理（DSP）機能です。多くのSDRには、受信信号の処理を可能にする何らかの形式のDSPが搭載されています。このDSPにより、入力信号に追加のデジタルフィルタリングを適用して、品質をさらに向上させることもできます。

これらの機能を組み合わせることで、従来のGNSS受信機の機能を経済的に提供できると同時に、大幅に広い帯域幅を使用できるプラットフォームが提供されます。これらを組み合わせることで、より高度なアルゴリズムを受信機に実装できるようになり、新しい処理技術や技術が開発されたときにそれらを迅速にアップグレードする手段も提供されます。これらのソフトウェア定義システムは、GNSSのまったく新しい可能性を生み出し、すべてのGNSSプロジェクトで検討する必要があります。