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GPS 接收机灵敏度分析

更新时间：2019-12-23 00:14:28 大小：159K 上传用户：xiaoyi19891213查看TA发布的资源 标签：gps接收机 下载积分：0分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(2) 举报

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GPS 接收機靈敏度分析

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GPS 接收机的灵敏度分析  
The Analysis on the Sensitivity of GPS Receiver  
深圳市华颖锐兴科技有限公司  
摘要：GPS 接收机的灵敏度是影响 GPS 应用范围的非常关键的指标，目前业界纷纷推出高  
灵敏度的 GPS 接收系统，使得 GPS 的室内定位成为可能，大大拓展了 GPS 的应用场景。本  
文对 GPS 接收机的灵敏度性能进行原理性分析，并给出了设计高灵敏度 GPS 接收模块的建  
议。  
关键词：GPS 高灵敏度 接收机设计  
Abstract: High sensitivity is a key feature for GPS receiver to extend its application field. A lot of  
high sensitivity GPS receiver chipsets has been put forward in the industry, making the indoor  
positioning possible. This paper analyzes the principle of the high sensitivity from both RF part  
and baseband part, and gives some advices on the design of high sensitivity GPS receiver.  
Key words: GPS, High Sensitivity, Receiver Design  
1
GPS 接收机的灵敏度定义  
随着 GPS 应用范围的不断扩展，业界对 GPS 接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏  
度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，  
大大拓展了 GPS 的使用范围。  
作为 GPS 接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个 GPS 接收模块孜孜以  
求的目标。对于 GPS 接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵  
敏度、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm 以下的  
接收机，同时，初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到-142dBm 和-148dBm 以下。  
GPS 接收机首先需要完成对卫星信号的捕获，完成捕获所需要的最低信号强度为捕获  
灵敏度；在捕获之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。为了实  
现定位，GPS 接收机还需要解调 GPS 卫星发送的导航电文，相应的，解调导航电文所需要  
的最低信号强度为初始启动灵敏度。根据上述定义可知，跟踪灵敏度最高，捕获灵敏度次之，  
初始启动灵敏度最差。  
2
GPS 接收模块的灵敏度性能分析  
从系统级的观点来看，GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整  
个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信  
号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信  
噪比。  
2.1 接收机前端电路性能对灵敏度的影响  
GPS 信号是从距地面 20000km 的 LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到  
地面上来的，其 L1 频段（fL1=1575.42MHz）自由空间衰减为：  
λ
4πR  
0.19  
4π ×2×107  
F = (  
)2 = (  
) ≈ 5.73×10−19 ≈182.4dB  
(1)  
按照 GPS 系统设计指标，L1 频段的 C/A 码信号的发射 EIRP（Effective Isotropic Radiated  
Power，有效通量密度）为 P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为 A=2.0dB，则  
GPS 系统 L1 频段 C/A 码信号到达地面的强度为：  
PC/A = P − F − A = 26.8−182.4 − 2.0 = −157.6dBw  
(2)  
GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的 GPS 系统  
L1 频段 C/A 码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰  
角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1 频段 C/A 信号到达地面的强度可能会低于  
-160dBw。  
一般 GPS 接收机的结构如下图所示：  
图 1 GPS 接收模块的一般结构  
GPS 信号被天线接收下来后，如果天线有源，则经过滤波器和低噪放，再通过电缆接  
到接收机部分，接收机内同样经过一级低噪放和一级滤波器，再进入射频前端模块进行下变  
频和模数转换处理。  
上图中，天线后直接接滤波器进行前置滤波，其作用在于防止宽带干扰阻塞低噪放，但  
会增大前级的噪声系数，因此在选用器件时需要考虑采用插损尽量小的滤波器。  
天线的有源部分主要是用来补偿从天线到接收模块之间的电缆损耗，如果天线和接收模  
块之间的插损极小，则可以使用无源天线。  
GPS 接收机前端的特性可以由整个接收机的 G/T 值来表征。设 GPS 接收机的射频前端  
可以分为 n 级，第 i 级的增益、噪声系数、等效噪声温度分别为 Gi、NFi、Tei，则 GPS 接收  
机的总的等效噪声温度为：  
Te2  
Te3  
Ten  
Te = Te1 +  
+
+L+  
(3)  
G1 G1G2  
G1G2 LGn−1  
由上式可知，整个接收机的噪声温度受前级影响最大，因此需要在前级采用较高增益、  
较低噪声系数的低噪声放大器。  
系统的 G/T 值为：  
Ga  
G /T =  
Ta +Te  
其中，Ga 为天线增益，Ta 为天线噪声温度。天线的噪声温度和天线大小、信号频率、  
天线方向图、摆放位置等都有关系，一般认为 GPS 天线噪声温度为 Ta=100K。  
根据系统的 G/T 值即可以得到在一定输入信号功率下的接收载噪比：  
G× P  
P
C / A  
C / N0 =  
=
C / A ×G /T  
kT  
k
其中，k=1.38e-23，为 Bolzmann 常数。  
下表给出了采用有源天线的场景下常见的 GPS 接收模块前端载噪比计算：  

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全部评论(2)

  • 2020-03-15 11:11:09flyying

    不错的资料

  • 2019-12-28 08:54:59zyh125262

    好好好

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