GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）就是为用户提供信息的空基无线电导航定位系统；而接收机（Receiver）是天线接收并解调电磁信号的电子设备。不管信号的形式或格式如何，它都可以变换，以适合信号处理器检波电路所要求的特性，然后再送到智能用户接口。而两者的结合会擦出怎样的火花呢？今天我们有幸邀请到了汤新华教授为我们介绍基于GNSS对接收机的研究设计，首先来介绍一下汤新华教授和他的研究内容。
01 人物介绍
汤新华 硕士生导师 副教授（副研究员）
主持国家基金一项，江苏省基金一项，航空工业基金一项，国家重点研发项目子课题一项，省重点研发计划子课题一项，装发预研子课题一项，研究所相关项目7项。参与国家基金8项，国家十三五重点项目1项，江苏省产学研项目2项，企业横向10项，发表SCI/EI论文近20篇。
2017年至2022年期间，参与获得省部级奖项4项,协会奖项1项，欧盟GENIUS（GNSS Education Network for Industry and UniversitieS）个人论文奖1项，2022年受邀担任导航国际ION会议“Advanced software and hardware technologies for GNSS receivers”的session chair。
近年来主要研究GNSS卫星导航接收机技术及多源融合导航控制技术。主要包括了抗干扰、多路径抑制技术，矢量跟踪，高节能接收机技术， Kalman跟踪环路、北斗卫星新型基带信号处理算法等新型架构研究。
02 采访内容
Q1 汤老师您好，对于导航接收机主要有两类产品线，分别是导航型和高精度型，请问您怎么看待这两个方面呢？那您在研究上的侧重点是哪方面呢？
汤：对于导航接收机的两大类，stand-alone 型（导航型）和高精度型，主要区别在于最终输出位置信息的精度不同，导航型常规在几米精度，而高精度可以到厘米级甚至更高的精度。
我的主要研究其实是做GNSS接收机基带信号处理的，可以理解成所有导航接收机的核心部分，主要负责卫星信号的捕获、跟踪及解调计算。导航型，高精度型接收机都离不开基带信号处理。
Q2 了解了您的研究，并且非常感兴趣，特别是对于GNSS接收机的设计，那请问设计中有哪些要点呢？还看到其中运用了INS航位推算，能否简单科普一下呢？还有很重要的一点是保持精度，那有什么好的办法保持测量的精度呢？
汤：GNSS接收机设计中主要是信号的捕获、跟踪环路设计以及最终的PVT解算（位置、速度、时间）。
INS对GNSS接收机的辅助可以是多方面、多层次的。主要利用了INS的自主导航特性，与GNSS接收机形成天然的互补。INS可以通过松组合、紧组合以及深组合方式对GNSS接收机系统进行能力加强。
对于精度的保持，从单GNSS接收机技术方面，系统层次主要还是要保证可见卫星信号的质量，从算法层次主要考虑参数的最优估计（比如信号的多普勒频移，载波相位，码相位等）。从基于GNSS的多源融合技术方面而言，是要保证多源信息的完好性分析、优化滤波处理等。
Q3 还看到您对于GNSS/SINS紧组合算法的研究中，应用硬件完成了方法的证明，想请问如何设计并且搭建一套完整的硬件系统呢？其中应用了卡尔曼滤波法，为什么不选用别的滤波法呢？
汤：在GNSS接收机领域，需要有较强的软硬件能力，我这边主要完成了GNSS接收机软件系统，高精度（RTK）硬件系统，GNSS/INS松、紧、深组合软件、硬件平台，以及无人自动驾驶的导航、控制一体化软硬件平台。对于硬件系统的搭建，是一个“吃力不讨好”的工作，但是绝对对科研是有很大增益的工作，我当时在国外NavSAS导航组读博和工作的时候，也是这样训练出来的，他们更多地注重理论和实际问题的结合，所以你必须要理解硬件平台，并且具有开发能力。对于硬件平台的搭建过程，首先还是对算法原理要非常清楚，然后需要通过调研不同硬件平台的资源及算力等特性，选择合适的MCU，接着就是硬件平台的实际搭建，包括常规的电路原理图设计、PCB制版等，最后就是要结合硬件系统平台对理论算法的软件实现。所以，整个过程要从理论、硬件、软件都要有一定能力基础，一般需要团队的合作。
卡尔曼滤波可以说天生为导航而生，对于卡尔曼的理解也是多方面的，可以理解成一个贝叶斯滤波，也可以理解成矩阵式最小二乘，也可以理解成分布式不同带宽低通滤波集成等。卡尔曼在实际滤波中也展现出了非常好的效果，所以得到了很好的应用。主要的难点是如何把卡尔曼系统在具体问题中用的更好，比如卡尔曼中的P,Q,R参数调制，如何考虑野值的处理，非高斯噪声处理等，所以卡尔曼虽然理论简单，但是真正用到最佳是需要理论和实践积累的。
Q4 对于我们本科大学生，应该如何培养自己在往后的科研素养呢？可以做出哪些尝试和努力呢？
汤：对于本科生，我觉得大家需要沉淀，不能浮躁，要摒弃“功利性”的学习氛围。一定要认识自己，要掌握自己的学习节奏，也就是说：要明白自己要什么，要探索适合自己的学习方法。当然，我理解的可能不一定全面，每个人都有自己的想法。
对于科研，我觉得更多的需要发自内心的喜欢，科研和“金钱、权利”是不能关联的，科研需要持之以恒，需要工匠精神，只求一个问题的答案。大家可以从简单的自己喜欢的小project开始，着手做起来，一定要动手做起来并且做细，这样，中间会碰到各种问题，要学会自己解决问题的能力，可以网上搜索，可以咨询专家等，这样一个小的project一定能给你带来锻炼，这样你就会有很多不一样的思考。
创新一定是在深挖某个具体问题过程中自然产生的，而不能作为目标去追逐，这样反而适得其反。总而言之，脚踏实地，杜绝诱惑，认知自我，坚持自我，相信一定会有收获。
03 结语
汤新华老师在访谈中解答了我们对GNSS接收机的研究设计有关的问题，也鼓励我们本科生从感兴趣的小项目做起，坚持做科研的初心，努力下去就会有收获。
今日份访谈结束，精彩仍在继续。让我们一同期待李会军老师的访谈之“仪科知多少”（第九期）| 千里仍在握——遥操作机器人吧！
来源|东大仪科公众号
