復雜射頻干擾環境下的高靈敏度GPS系統設計
加入技術交流群
對于一個不具任何有效定位數據的GPS終端來說，最重要的是要收齊四顆衛星個別的廣播星歷及衛星時間數據，才能正確地計算定位。由于衛星是以50bit/s的速率來發射信號，因此同步收齊四顆衛星一個完整幀數據的時間，至少需要30秒(即1500bps)，其中需花18秒下載廣播星歷。因此，冷啟動與熱啟動的定位時間相差甚大，前者所需時間至少需要18~36秒，接收過程中如果出現了任何干擾而導致信號中斷，那就得重新再接收一次。相比較之下，如果在GPS設備的內存中已有完整且有效的廣播星歷資料，只要確認目前在頭頂上的四顆衛星，即可立即進行定位計算，定位動作甚至在1秒之內就可完成。
冷啟動的首次定位時間由如下幾項組成，接收機啟動時間Twarm，捕獲時間Tacq，跟蹤時間Ttrack，導航電文讀取時間Tced+gst，導航方案計算時間TPVT。而熱啟動僅僅包括捕獲時間Tacq，跟蹤時間Ttrack。一般而言，Twarm，Tced+gst，TPVT是相對固定的，而Ttrack和Tacq則決定了系統的首次定位時間長短。本文僅考慮射頻干擾對Tacq和Ttrack的影響而忽略其它時間項從而簡化了分析模型。在捕獲和跟蹤期間，系統通常有兩種處理方法來提高解調增益：相干累積和非相干累積。
相干累積可以較大提高處理增益,但相干時長不能無限加長,因為20毫秒周期的導航電文會帶來位翻轉,從而影響相干結果.而非相干累積可以采用較大的累積時長來獲得更大的增益.但是相對于相干累積而言,非相干累積存在平方損失, 考慮到該損失之后的非相干累積的總增益可由下式計算:
(4)
式(4)中第二項為非相干累積所帶來的平方損失項，n為非相干累積的次數，直接決定非相干累積的持續時間，在給定檢測概率Pd=0.9和虛警概率Pfa=1e-7時Dc(1)約等于21。
3 高性能GPS低噪聲放大器對系統性能的提升
如圖1所示，傳統的GPS系統解決方案為GPS貼片電感直接與GPS接收IC相連接，該方案具有BOM成本低，占用手機內部空間小，布線簡單等優點，但不可忽視的是，該方案的性能指標受到了一定的限制。由于手機內部和周邊環境的射頻干擾非常嘈雜，GPS接收IC往往會受其影響而導致接收性能下降；除此之外，由于受手機PCB布線局限，GPS貼片天線一般距離接收IC較遠，兩者之間的PCB走線插損也對系統性能造成了不可忽視的影響。
圖1傳統的GPS系統解決方案和改進方案對比
改進方案則加入了SAW濾波器和AW5005 GPS前置低噪聲放大器，SAW濾波器可以有效濾除帶外射頻信號的干擾，低噪聲放大器則進一步降低了系統的噪聲系數，有效的提高了系統性能。上海艾為電子技術有限公司推出了全新的GPS前置低噪聲放大器AW5005，相對于傳統方案，AW5005極為有效的提高了GPS系統性能，降低了復雜射頻環境下的GPS系統設計難度。
圖2所示為沒有AW5005和加入AW5005的GPS系統在不同靈敏度下的首次定位時間TTFF的區別。從圖2可以看出，無論在高低靈敏度條件下，擁有AW5005的系統TTFF遠遠小于缺少AW5005的GPS系統。
圖2沒有/加入AW5005前端模塊的GPS系統在不同靈敏度下的TTFF
波段開關相關文章:波段開關原理
評論