GPS接收機的靈敏度分析
加入技術交流群
隨著GPS 應用范圍的不斷擴展，業(yè)界對GPS 接收機的靈敏度要求也越來越高，高靈敏度的接收性能可以令接收機在室內或其它衛(wèi)星信號較弱的場景下仍然能夠實現(xiàn)定位和跟蹤，大大拓展了GPS 的使用范圍。
作為GPS 接收機最為重要的性能指標之一，高靈敏度一直是各個GPS 接收模塊孜孜以求的目標。對于GPS 接收系統(tǒng)而言，靈敏度指標包括多個場景下的指標，分別為：跟蹤靈敏度、捕獲靈敏度、初始啟動靈敏度。目前業(yè)界已經(jīng)可以實現(xiàn)跟蹤靈敏度在-160dBm 以下的接收機，同時，初始啟動的靈敏度和捕獲靈敏度也分別可以達到-142dBm 和-148dBm 以下。GPS 接收機首先需要完成對衛(wèi)星信號的捕獲，完成捕獲所需要的最低信號強度為捕獲靈敏度；在捕獲之后能夠維持對衛(wèi)星信號跟蹤所需要的最低信號強度為跟蹤靈敏度。為了實現(xiàn)定位，GPS 接收機還需要解調GPS 衛(wèi)星發(fā)送的導航電文，相應的，解調導航電文所需要的最低信號強度為初始啟動靈敏度。根據(jù)上述定義可知，跟蹤靈敏度最高，捕獲靈敏度次之，初始啟動靈敏度最差。
2 GPS 接收模塊的靈敏度性能分析
從系統(tǒng)級的觀點來看，GPS 接收機的靈敏度主要由兩個方面決定：一是接收機前端整個信號通路的增益及噪聲性能，二是基帶部分的算法性能。其中，接收機前端決定了接收信號到達基帶部分時的信噪比，而基帶算法則決定了解調、捕獲、跟蹤過程所能容忍的最小信噪比。
2.1 接收機前端電路性能對靈敏度的影響
GPS 信號是從距地面20000km 的LEO（Low Earth Orbit，低軌道衛(wèi)星）衛(wèi)星上發(fā)送到地面上來的，其L1 頻段（fL1=1575.42MHz）自由空間衰減為：
Power，有效通量密度）為P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大氣層衰減為A=2.0dB，則
GPS 系統(tǒng)L1 頻段C/A 碼信號到達地面的強度為：
L1 頻段C/A 碼信號強度最小值為-160dBw，和上述結果一致。在實際場景中，由于衛(wèi)星仰角的不同、以及受樹木、建筑物等的遮擋，L1 頻段C/A 信號到達地面的強度可能會低于-160dBw。
一般GPS 接收機的結構如下圖所示：
圖 1 GPS 接收模塊的一般結構
上圖中，天線后直接接濾波器進行前置濾波，其作用在于防止寬帶干擾阻塞低噪放，但會增大前級的噪聲系數(shù)，因此在選用器件時需要考慮采用插損盡量小的濾波器。
天線的有源部分主要是用來補償從天線到接收模塊之間的電纜損耗，如果天線和接收模塊之間的插損極小，則可以使用無源天線。
GPS 接收機前端的特性可以由整個接收機的G/T 值來表征。設GPS 接收機的射頻前端可以分為n 級，第i 級的增益、噪聲系數(shù)、等效噪聲溫度分別為Gi、NFi、Tei，則GPS 接收機的總的等效噪聲溫度為：
天線方向圖、擺放位置等都有關系，一般認為GPS 天線噪聲溫度為Ta=100K。
根據(jù)系統(tǒng)的G/T 值即可以得到在一定輸入信號功率下的接收載噪比：
評論