什么是接收機(jī)的通道channels？  通道數(shù)的數(shù)量多與少有什么差別？為什么接收機(jī)的通道概念重要？

作為GNSS研發(fā)工程師，我相信在項(xiàng)目前期選型時(shí)一定特別關(guān)注GPS芯片模組的定位精度，TTFF，靈敏度等技術(shù)指標(biāo)，但是多數(shù)往往會(huì)忽視其中的接收機(jī)通道數(shù)這個(gè)技術(shù)參數(shù)。

以上某一款消費(fèi)電子類GNSS模組Datasheet為例，其中提到為GPS L1 C/A 分配的最多通道數(shù)為12個(gè)，同時(shí)為其他GNSS系統(tǒng)總共支持的通道數(shù)為32 Channels。這里的GPS L1只有12個(gè)通道是合理的，因?yàn)镚PS衛(wèi)星星座的設(shè)計(jì)在地面上任意一點(diǎn)能同時(shí)觀測(cè)到的衛(wèi)星不超過12顆。如果感興趣這里詳細(xì)內(nèi)容的請(qǐng)持續(xù)關(guān)注我們，后續(xù)的文章會(huì)討論。

上圖則是某款專業(yè)型的GNSS接收機(jī)，可以看到通道數(shù)達(dá)到了驚人的874個(gè)，接收信號(hào)的類型分的非常細(xì)，除了常見的GPS L1 C/A 還包括L1C(P+D),P1, P2, L2C (L+M)，L5(I+Q)等等信號(hào)非常之多。

可以看見普通消費(fèi)類與專業(yè)類測(cè)量測(cè)繪接收機(jī)在接收通道數(shù)以及可接收的信號(hào)上會(huì)有較大差別。

要介紹接收機(jī)的通道數(shù)概念， 首先得從接收機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)講起，這里主要討論的數(shù)字軟件接收機(jī)。    

接收機(jī)前端天線收到所有可見的GNSS信號(hào)，經(jīng)過帶通濾波器和LNA將帶外的信號(hào)濾除并放大后，交由本地振蕩器Reference Oscillator 生成的本征信號(hào)進(jìn)行下變頻而變成更容易處理的中頻IF信號(hào)，此時(shí)仍然是模擬信號(hào) Analog IF 。最后再由模數(shù)DAC轉(zhuǎn)換器后變成了更具處理優(yōu)勢(shì)的數(shù)字中頻IF信號(hào)，此后便是基帶數(shù)字軟件的優(yōu)勢(shì)天下，基帶復(fù)制出每顆衛(wèi)星PRN相一致的偽碼信號(hào)與接收機(jī)到的信號(hào)進(jìn)行延遲對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GNSS信號(hào)的捕獲和持續(xù)跟蹤，進(jìn)而提取出偽距，載波相位和導(dǎo)航電文等信息解算出時(shí)間，位置和速度等交給下一級(jí)MCU應(yīng)用，處理。 

在這整個(gè)過程中，由于天線收到的信號(hào)除了有用的GNSS信號(hào)還有各種同頻射頻干擾信號(hào)等無法濾除，而且每顆衛(wèi)星的多普勒頻移，PRN碼序列以及載波相位都不盡相同。因此迫使接收機(jī)必須對(duì)各衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行分別獨(dú)立跟蹤與處理。

接收機(jī)的軟件數(shù)字基帶部分可以采用通道形式，每一個(gè)通道獨(dú)立的各自處理，捕獲，跟蹤每一顆接收到的衛(wèi)星信號(hào)。

接收機(jī)通道數(shù)量的N就是它同時(shí)觀測(cè)接收的衛(wèi)星信號(hào)通道數(shù)量，多通道的接收機(jī)擁有較多的硬件資源，可以高效的并行處理多顆可見衛(wèi)星。

接收機(jī)的通道數(shù)量對(duì)其效率和性能有著至關(guān)重要的的作用。

·多信號(hào)多星座能力：GPS,BDS,GLONASS, Galileo 等都有不同的信號(hào)PRN序列，多通道數(shù)接收機(jī)可以同時(shí)處理不同的衛(wèi)星星座信號(hào)，從而提高可靠性和定位精度

·多頻能力：GNSS有各種頻率L1/L2/L5/L6 信號(hào)。多通道接收機(jī)可以處理不同頻率的信號(hào)，從而在射頻干擾，多徑強(qiáng)干擾或障礙物遮擋下仍能持續(xù)定位

·多信號(hào)調(diào)制方式：以GPS L1 為例在1575.42MHz上調(diào)制了C/A,L1C, P(Y), M code多個(gè)信號(hào)，不同的信號(hào)有其特有的優(yōu)勢(shì)。具備多通道接收機(jī)同時(shí)接收這些信號(hào)，博采眾長(zhǎng)提高定位性能

·多徑抑制：復(fù)雜的地形和信號(hào)遮擋，在山區(qū)，森林，城市高樓等復(fù)雜環(huán)境中，多通道的接收機(jī)能更好的抑制多徑問題，提高惡劣環(huán)境條件下信號(hào)接收能力，每一個(gè)信號(hào)都能被接收并識(shí)別    

·動(dòng)態(tài)精度：多通道的接收機(jī)在高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)中也能處理更多數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更精確的定位

·差分定位：高精度差分定位是一種提高GPS定位精度的技術(shù)，需要基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)觀測(cè)足夠多的衛(wèi)星，在工程測(cè)量，土地測(cè)繪等領(lǐng)域多通道RTK接收機(jī)能實(shí)現(xiàn)厘米甚至毫米級(jí)別的定位精度，以滿足高進(jìn)度測(cè)量需求。

·首次定位時(shí)間：毋庸置疑的多通道的接收機(jī)并行可觀測(cè)的衛(wèi)星更多，便可以更快的時(shí)間獲得定位TTFF

·可靠性和冗余：多通道的接收機(jī)提高了系統(tǒng)冗余性，當(dāng)某些衛(wèi)星出現(xiàn)干擾或故障，接收機(jī)仍能夠依靠其他可用的衛(wèi)星進(jìn)行定位，保證定位的連續(xù)性和穩(wěn)定性

最后我們來看一張GNSS信號(hào)的圖標(biāo)，感受一下GNSS接收機(jī)要同時(shí)接收處理這些信號(hào)的壓力，這何嘗不是每個(gè)GNSSer的壓力。    

本文圖片來自網(wǎng)絡(luò)

結(jié)語(yǔ)

總之，選擇適合自己需求的 GPS 接收機(jī)通道數(shù)需要綜合考慮應(yīng)用場(chǎng)景、環(huán)境因素、預(yù)算和性價(jià)比等多個(gè)方面。在做出決策之前，可以利用衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，了解不同通道數(shù)接收機(jī)的實(shí)際性能表現(xiàn)，以便選擇到最適合自己的方案。