第7章gps接收機(jī)及其電路-文庫(kù)吧
2025-07-05 12:27 本頁面
【正文】 所接收到的射頻衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行濾波 ， 以減小帶外射頻干擾 。 通過前置低噪聲放大器 (LNA)放大后 ， 射頻信號(hào)下變頻到中頻 （ IF） 。 模 /數(shù) （ A/D） 轉(zhuǎn)換器對(duì) IF信號(hào)進(jìn)行采樣 ， A/D采樣速率典型情況下為 PRN基碼速率的 8～ 12倍（ 對(duì)于 L1 C/A碼 PRN速率為 MHz， 對(duì)于 L1和 L2 P（ Y） 碼為 MHz） 。 最小采樣速率是碼的截止帶寬的 2倍 ， 以滿足奈奎斯特判定的要求 。 對(duì)于只接收 L1 C/A碼的接收機(jī) ， 截止帶寬大于 2 MHz， 而對(duì)于接收 P（ Y） 碼的接收機(jī) ， 截止帶寬大于20 MHz。 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 過采樣會(huì)降低接收機(jī)對(duì)于 A/D量化噪聲的敏感度 ， 因而減少在 A/D轉(zhuǎn)換器中所需的位數(shù) 。 采樣結(jié)果送到數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP） 中 。 DSP包含 N個(gè)并行通道 ， N(5N12)顆衛(wèi)星的載頻碼 。 每個(gè)通道中包含碼和載波跟蹤環(huán) ， 以完成碼和載波的相位測(cè)量 ， 以及導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)的解調(diào) 。 通道可以計(jì)算三種不同的測(cè)量值： 偽距 、 Δ 距離 （ 有時(shí)稱做 Δ 偽距 ）和積分多普勒頻移 。 所希望的測(cè)量值和解調(diào)后的導(dǎo)航消息數(shù)據(jù)送至基帶處理器 。 基帶處理器對(duì)接收機(jī)信號(hào)的截獲 、 跟蹤和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制 ， 并處理接收機(jī)的測(cè)量值形成 PVT解 。 在一些應(yīng)用中 ， 也可用專門的微處理器同時(shí)完成 PVT的計(jì)算和相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航功能 。 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 數(shù)字 GPS 一個(gè)數(shù)字 GPS接收機(jī)的組成框圖如圖 73所示 。 在視界中所有衛(wèi)星的 GPS射頻 （ RF） 信號(hào)被右圓極化 （ RHCP） 天線接收 ， 經(jīng)前置低噪聲放大器 （ LNA） 放大 ， 接收機(jī)的噪聲系數(shù)與 LNA有關(guān) 。 通常在天線和 LNA之間設(shè)置一個(gè)無源帶通濾波器 ， 以降低帶外射頻干擾 。 這些被放大的射頻信號(hào)與來自本機(jī)振蕩器（ LO） 的信號(hào)混頻 ， 下變頻到中頻 （ IF） 。 本地振蕩器頻率是根據(jù)接收機(jī)的頻率設(shè)計(jì) ， 由基準(zhǔn)振蕩器經(jīng)頻率合成器產(chǎn)生的 。 每一級(jí)下變頻器需要一個(gè)本地振蕩器信號(hào) 。 下變頻有采用兩級(jí)下變頻形式 、 一級(jí)下變頻形式 ， 或甚至直接在 L頻段作數(shù)字采樣的 。 本地振蕩器信號(hào)在混頻過程會(huì)同時(shí)產(chǎn)生上邊帶和下邊帶信號(hào) ， 因此在混頻器之后 ， 采用帶通濾波器選擇下邊帶信號(hào) ，而濾去上邊帶信號(hào) ， 獲得下變頻到中頻 （ IF） 的信號(hào) 。 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 （ A/D） 和自動(dòng)增益控制 （ AGC） 功能均在中頻上完成 。 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 通過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 （ A/D） 數(shù)字化了的中頻 （ IF） 信號(hào)輸入到N個(gè)數(shù)字接收機(jī)通道 。 這些數(shù)字接收機(jī)通道一般用一個(gè)或幾個(gè)專用集成電路 （ ASIC） 來組成 ， 完成環(huán)路鑒相和濾波 、 數(shù)據(jù)解調(diào) 、 測(cè)量 、 鎖相和批示等功能 。 接收機(jī)處理器是一個(gè)高速微處理器 ， 用來完成接收機(jī)基帶控制與處理 、 導(dǎo)航處理和用戶接口等功能 。 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 圖 73 數(shù)字 GPS接收機(jī)組成框圖 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 GPS接收機(jī)的選擇 對(duì)于每一種應(yīng)用來說 ， 一些與環(huán)境 、 使用和性能有關(guān)的參數(shù)必須仔細(xì)考慮 ， 如： (1) 滿足對(duì)沖擊 、 振動(dòng) 、 溫度 、 濕度 、 大氣中鹽的含量的基本要求和最大限制 ， 是否需要工作在提高抗干擾能力的環(huán)境之中 ? (2) 是民用 、 軍用或是其他用途 ？ 如需要 PPS操作 ， 一般必須選擇帶加密能力的雙頻 GPS接收機(jī) 。 (3) 需要多快的 PVT更新率 ？ 飛機(jī) 、 汽車 、 行人對(duì) PVT更新率的要求是不同的 。 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 (4) 接收機(jī)將工作在什么類型的動(dòng)態(tài) （ 如加速 、 勻速 ） 條件下 。 例如 ， 用于殲擊機(jī)的 GPS接收機(jī)要求設(shè)計(jì)成在經(jīng)受多少個(gè) “ g”的加速度時(shí)還可以維持完好的性能 ， 而指定用于測(cè)繪的GPS接收機(jī)一般不要求能夠經(jīng)受嚴(yán)酷的動(dòng)態(tài)環(huán)境 。 (5) 是否需要具有差分 GPS（ DGPS） 能力 ？ (DGPS是一種提高精度的技術(shù) ， 它能提供比獨(dú)立的 PPS或 SPS更高的精度 。 ) (6) 應(yīng)用中是否要求接受以地球靜止衛(wèi)星為基礎(chǔ)的重疊服務(wù) （ 比如國(guó)際海事衛(wèi)星 （ INMARSAT）） ， 是否考慮所采用的GPS設(shè)備和 /或 GLONASS衛(wèi)星的完好性 、 測(cè)距和 DGPS信息 ？ 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 (7) 航路點(diǎn)存儲(chǔ)能力以及航路和支路數(shù)量為多大 ？ (8) 接收機(jī)是否必須和外部系統(tǒng)相連接 ？ 是否已經(jīng)有合適的 I/O硬件與軟件 ？ (9) 對(duì)于數(shù)據(jù)輸入和顯示特性 ， 接收機(jī)是需要外接的還是整裝的 CDU能力 ？ 是否要求當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系數(shù)變換或者 WGS84已經(jīng)夠用了 ？ (10) 是否需要設(shè)計(jì)成便攜式并考慮物理尺寸 、 功耗 、 成本等因素 ？ 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 基于 RF8009的 GPS接收機(jī)電路 RF8009簡(jiǎn)介 RFMD公司的 RF8009 GPS接收機(jī)是為 OEM（ 原始設(shè)備制造商 ）使用的即插即用模塊 ， 它具有 12個(gè)并行信道 ， 能夠完成 GPS信號(hào)處理 ， 產(chǎn)生精確的導(dǎo)航數(shù)據(jù) ， 實(shí)現(xiàn)高速精確地確定第一次定位時(shí)間 （ TTFF） 及信號(hào)重新采集 ， 支持 2D和 3D導(dǎo)航模式 ， 采用 38 mm 38 mm封裝 ， 可廣泛地應(yīng)用在 GPS終端產(chǎn)品上 ， 如艦隊(duì)導(dǎo)航 、 汽車導(dǎo)航 、 遠(yuǎn)程信息處理和物體 （ 財(cái)產(chǎn) ） 跟蹤 。 第 7章 GPS接收機(jī)及其電路 RF8009的主要性能指標(biāo) 表 72 RF8009的主要電氣特性 參 數(shù) 最小值 典型值 最大值 單位 備 注 外部電源 V 運(yùn)行模式 電壓 V 電池備用模式 410 mW 數(shù)據(jù)更新時(shí)間 1s 145 mW 數(shù)據(jù)更新時(shí)間 1s 40 mW 數(shù)據(jù)更新時(shí)間 5s 功率消耗 6 μ A 電池備用模式 峰到峰的紋波 100 mV 運(yùn)行模式 信號(hào)捕獲性能 水平方向精確性 m 2DRMS 垂直方向精確性 m 2DRMX 速度精確性 m/s 1Sigma 差分 GPS 精確性 ＜ 1 m 2DRMS 數(shù)據(jù)更新速率分辨率 1 s 時(shí)間標(biāo)記 1 s 1s 177。 100ns （ 1Sigma ） 串行數(shù)據(jù)輸出協(xié)議 二進(jìn)制， NMEA 0183 串行主端口 19200 h/s 二進(jìn)制，無奇偶， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 個(gè)停止位 串行輔助端口 9600 h/s RTCM SC 104 ，無奇偶， 8個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 個(gè)停止位 天線要求 頻率 1575 MHz
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