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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。
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$ S. g* i' M$ i1 z' w! B% u从系统级的 点来看 GPS 接收机的灵敏度主 由两个方面决定 一是接收机前端整个信号 的增益及噪声性 二是基带 分的算法性 。其中 接收机前端决定了接收信号到 基带 分时的信噪比 基带算法则决定了 、捕 、 踪 程所 容忍的最小信噪比。
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1、GPS 接收机的灵敏度定义3 r8 ]) j, ]! n0 D% L6 H6 k
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。
- }$ J! K1 \& G$ T' A, t* m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。
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2 z+ ?5 X' W& o% M K3 U8 S- O2、GPS 接收模块的灵敏度性能分析$ ^5 N# ?% n Q1 h# l) r
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。& T; x6 @* E; C
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一般 GPS 接收机的结构如下图所示：
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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。
# y1 p5 e# J" s' n9 Q; h- m1 {0 |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。
( Z, T5 ^0 g* k6 }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。9 i8 F6 U3 K. T' F3 W0 n! H3 n
7 o. V- q" s, c2.2 基带算法性能对灵敏度的影响
, }1 f+ Z. z1 n+ V+ l% r5 H& K基带算法性能直接影响信号捕获、跟踪以及解调过程对载噪比的最低要求。GPS 信号是一个扩频系统，对于 C/A 码而言，其扩频码为码长 1023 的 Gold 码，码速率为 1.023Mcps，即每 1ms 为一个 C/A 码周期。因此，可以通过提高本地码和接收信号之间的积分时间来提高接收信号的载噪比。
- j$ t" M B* T0 e积分方式分为相干累积和非相干累积。相干累积是指直接用本地码和接收信号按位相乘后再累加，而非相干累积则是对相干累积的结果再进行直接相加。
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发表于 2022-8-11 10:25
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