GPS天線原理解析

在GPS天線單元設計中采用了高頻、低噪聲放大器，以減弱GPS天線熱噪聲及前面幾級單元電路對接收機性能的影響;在GPS天線原理中利用GPS衛星實現導航定位時，用戶接收機的主要任務是提取衛星信號中的偽隨機噪聲碼和數據碼，以進一步解算得到接收機載體的位置、速度和時間(PVT)等導航信息。因此，GPS接收機是至關重要的用戶設備。

　　目前實際應用的GPS接收機電路一般由天線單元、射頻單元、通信單元和解算單元等四部分組成，本文在分析GPS衛星信號組成的基礎上，給出了射頻前端GP2010的原理及應用。

　　一、GPS衛星信號的組成

　　GPS衛星信號采用典型的碼分多址(CDMA)調制技術進行合成，其完整信號主要包括載波、偽隨機碼和數據碼等三種分量。信號載波處于L波段，兩載波的中心頻率分別記作L1和L2。衛星信號參考時鐘頻率f0為10.23MHz，信號載波L1的中心頻率為f0的154倍頻，即：

　　fL1=154×f0=1575.42MHz (1)

　　其波長λ1=19.03cm;信號載波L2的中心頻率為f0的120倍頻，即：

　　fL2=120×f0=1227.60MHz (2)

　　二、GPS天線原理解析

　　其波長λ2=24.42cm。兩載波的頻率差為347.82MHz，大約是L2的28.3%，這樣選擇載波頻率便于測得或消除導航信號從GPS衛星傳播至接收機時由于電離層效應而引起的傳播延遲誤差。偽隨機噪聲碼(PRN)即測距碼主要有精測距碼(P碼)和粗測距碼(C/A碼)兩種。其中P碼的碼率為10.23MHz、C/A碼的碼率為1.023MHz。數據碼是GPS衛星以二進制形式發送給用戶接收機的導航定位數據，又叫導航電文或D碼，它主要包括衛星歷、衛星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態信息、C/A碼轉換到捕獲P碼的信息和全部衛星的概略星歷;總電文由1500位組成，分為5個子幀，每個子幀在6s內發射10個字，每個字30位，共計300位，因此數據碼的波特率為50bps。