GPS接收机灵敏度解析.doc

1GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展，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、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉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。2GPS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、捕捉、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（LowEarthOrbit，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：（1）按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（EffectiveIsotropicRadiatedPower，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：HYPERLINK"http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html"\l"blogid=4cd5dc1c0100yw2l&url=http://s12.sinaimg.cn/orignal/4cd5dc1cgb3f1bd9c103b"\t"http://blog.sina.com.cn/s/_blank"（2）GPSICD（InterfaceControlDocument，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。HYPERLINK"http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html"\l"blogid=4cd5dc1c0100yw2l&url=http://s5.sinaimg.cn/orignal/4cd5dc1cgb3f201018594"\t"http://blog.sina.com.cn/s/_blank"HYPERLINK"http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html"\l"blogid=4cd5dc1c0100yw2l&url=http://s9.sinaimg.cn/orignal/4cd5dc1cgb3f5b1562f48"\t"http://blog.sina.com.cn/s/_blank"GPS信号被天线接收下来后，假如天线有源，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，再进射频前端模块进行下变频和模数转换处理。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，假如天线和接收模块之间的插极小，则可以使用无源天线。GPS接收机前整个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：HYPERLINK"http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html"\l"blogid=4cd5dc1c0100yw2l&url=http://s6.sinaimg.cn/orignal/4cd5dc1cgb3f1d0d3f295"\t"http://blog.sina.com.cn/s/_blank"（3）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进信号功率下的接收载噪比：HYPERLINK"http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.h