复杂射频干扰环境下的高灵敏度GPS系统设计

作者：时间：2014-07-07来源：网络收藏

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/259379.htm

对于一个不具任何有效定位数据的GPS终端来说，最重要的是要收齐四颗卫星个别的广播星历及卫星时间数据，才能正确地计算定位。由于卫星是以50bit/s的速率来发射信号，因此同步收齐四颗卫星一个完整帧数据的时间，至少需要30秒(即1500bps)，其中需花18秒下载广播星历。因此，冷启动与热启动的定位时间相差甚大，前者所需时间至少需要18~36秒，接收过程中如果出现了任何干扰而导致信号中断，那就得重新再接收一次。相比较之下，如果在GPS设备的内存中已有完整且有效的广播星历资料，只要确认目前在头顶上的四颗卫星，即可立即进行定位计算，定位动作甚至在1秒之内就可完成。

冷启动的首次定位时间由如下几项组成，接收机启动时间T_warm，捕获时间T_acq，跟踪时间T_track，导航电文读取时间T_ced+gst，导航方案计算时间T_PVT。而热启动仅仅包括捕获时间Tacq，跟踪时间T_track。一般而言，T_warm，T_ced+gst，T_PVT是相对固定的，而T_track和T_acq则决定了系统的首次定位时间长短。本文仅考虑射频干扰对T_acq和T_track的影响而忽略其它时间项从而简化了分析模型。在捕获和跟踪期间，系统通常有两种处理方法来提高解调增益：相干累积和非相干累积。

相干累积可以较大提高处理增益,但相干时长不能无限加长,因为20毫秒周期的导航电文会带来位翻转,从而影响相干结果.而非相干累积可以采用较大的累积时长来获得更大的增益.但是相对于相干累积而言,非相干累积存在平方损失, 考虑到该损失之后的非相干累积的总增益可由下式计算:

(4)

式(4)中第二项为非相干累积所带来的平方损失项，n为非相干累积的次数，直接决定非相干累积的持续时间，在给定检测概率P_d=0.9和虚警概率P_fa=1e-7时D_c(1)约等于21。

3 高性能GPS低噪声放大器对系统性能的提升

如图1所示，传统的GPS系统解决方案为GPS贴片电感直接与GPS接收IC相连接，该方案具有BOM成本低，占用手机内部空间小，布线简单等优点，但不可忽视的是，该方案的性能指标受到了一定的限制。由于手机内部和周边环境的射频干扰非常嘈杂，GPS接收IC往往会受其影响而导致接收性能下降；除此之外，由于受手机PCB布线局限，GPS贴片天线一般距离接收IC较远，两者之间的PCB走线插损也对系统性能造成了不可忽视的影响。

图1传统的GPS系统解决方案和改进方案对比

改进方案则加入了SAW滤波器和AW5005 GPS前置低噪声放大器，SAW滤波器可以有效滤除带外射频信号的干扰，低噪声放大器则进一步降低了系统的噪声系数，有效的提高了系统性能。上海艾为电子技术有限公司推出了全新的GPS前置低噪声放大器AW5005，相对于传统方案，AW5005极为有效的提高了GPS系统性能，降低了复杂射频环境下的GPS系统设计难度。

图2所示为没有AW5005和加入AW5005的GPS系统在不同灵敏度下的首次定位时间TTFF的区别。从图2可以看出，无论在高低灵敏度条件下，拥有AW5005的系统TTFF远远小于缺少AW5005的GPS系统。