GPS接收器

GPS接收器

GPS系統是由美國國防部設計和資助的精巧衛星導航系統,包含了24能持續發送地理位置海拔高度和時間信號的衛星,這些衛星平均分佈運行在六個軌道上。一般來說,在地面上的GPS接收器能接收5~12個衛星信號,而為了獲得地面上的定位坐標,至少需要4個衛星信號,三個用來確定GPS接收器的緯度、經度和海拔高度,第四個則提供同步校正時間。

產品簡介


概況
L1和L2波段
如圖1所示,每個衛星都在兩個載波上發送兩個直接序列擴頻信號。之所以要使用擴頻技術,是因為它具有高度的抗窄帶干擾能力。
圖1 駐留在L1和L2 GPS信號波段上的P碼和C/A碼

兩個波段


第一個載波駐留在L1波段(中心頻率為1575.42MHz),第二個駐留在L2波段(中心頻率為1227.6MHz)。L1波段主要是民用,包含了兩種代碼,一個叫做粗捕獲碼(C/A)碼,另一個叫做精測距碼(P碼)。L2波段只用于軍用場合,僅含有一個P碼。所有24個衛星的L1信號均使用同樣的頻率,但相互不發生干擾,因為它們每一個都經由覆蓋了2.046MHz波段的一個PRN代碼進行了擴頻。經過PRN代碼擴頻后的GPS信號不僅能區別於其他信號,還具有抗干擾能力。

影響因素


擴頻GPS信號的質量決定了GPS接收器的精度,它是由結果誤碼率(BER)來的判定。假定基帶處理器需要的BER為10-5,用於BPSK模塊的相關器的Eb/N0 將不小於9.5dB。Eb/N0定義為每bit上的能量對雜訊濃度的比。從9.5dB的相關器Eb/N0除去43dB的處理器增益,相關器的輸入信噪比是-33.5dB。
具體應用
GPS器件成為手機或其他手持設備集成解決方案一部分時,它們對相鄰單元干擾的承受能力將成為關鍵。舉例來說,一個雙頻帶CDMA手機可同時進行 GPS工作。此時,功率放大器上的典型CDMA傳送功率是25dBm。假設互擾消除器和GPS通帶過濾拓撲可以隔離-70dB的頻帶外信號,GPS接收器將承受-45dBm的帶外干擾級。
為了減少成本和尺寸,多數的製造商在設計多功能器件時會使用一個普通的參考頻率。傳統的GPS接收器只工作在16.36MHz的參考頻率下。如果 GPS接收器是一個單獨的單元,靈活的參考輸入將不再需要。然而,當今的手持設備需要多種參考頻率,如10.0、13、14.4、19.2、20.0和 26.0MHz。因此,當低成本、小體積成為器件的發展趨勢時,一個具有靈活參考輸入的GPS接收器將非常有用。舉例來說,MAX2741 GPS接收器有一個集成合成器,通過接收2~26MHz的參考頻率,它將有助於建立靈活的頻率規劃。當配有一個外加LNA時,該器件能獲得小於2dB的級聯雜訊。
過去,在GPS接收器中關聯接收到的PRN代碼和已知PRN代碼的工作是由專門的GPS基帶處理器來完成的。由於有了菲利普公司的突破性軟體GPS技術,關聯和計算功能將交由應用處理器中的內置軟體來完成。這樣做不僅降低了成本,還減小了GPS解決方案的尺寸
眾所周知,對干擾的抵抗主要依靠系統的處理增益。處理增益越高,GPS信號擴展的越寬,如果將信號擴展至整個波段,只會有一部分有用信號被窄帶干擾破壞。但信號在經過解擴頻過程后,窄帶干擾會被放大。對於GPS應用而言,每一個PRN代碼序列的大小是 1.023 bit,擴頻的速率是1.023M/s。這樣,處理增益被定義為:
處理增益=10log(晶元速率/數據速率)=43dB (1)
此式中,晶元速率=1.023M/s, 數據速率=50b/s。
假設GPS軟體的執行損失為3.5dB,量化器輸入的信噪比為-30dB。在整個2.046M的採樣帶寬內,集成雜訊功率為-111dBm。為了獲得-139dBm的目標敏感度,所需的級聯接收雜訊將是 -28dB的天線中信號信噪比和-30dB的量化器輸入中的信號信噪比之差。
NF=SNRANTENNA/SNRQUANTIZER = -28dB-(-30dB) = 2dB (2)

常規問題


GPS基礎常識
1.我的GPS接收器為什麼收不到星(定不到位)?
答:首先請確保是在室外使用您的GPS。
如果您是在車內無法定位,那就先將GPS置於車頂,冷啟動后,待正常后再放入車內。
2.GPS怎麼做冷啟動?
答:如果是SIRF晶元的設備,可以使用GPS接收器 VIEWER軟體。如果是SONY晶元的設備,可使用PCTESTER或PDATESTER軟體。
3. 為何我的電腦找不到GPS設備
答:請確認您的電腦是否正確安裝驅動程序。如果確認安裝正常,請到設備管理器中找到GPS所在的埠,然後在GPS接收器中設定為此埠即可。
4. 一般GPS的波特率是多少?
答:4800。
5. 為什麼我的GPS總是飄來飄去,就算站著不動也在飄?
答:早先的GPS接收器由於收星能力比較弱,總是會發生斷訊,尤其在城市中用做導航的時候,給出行造成很多不便。後來開發的一些民用GPS晶元,將信號不夠強的GPS信號也收入,這樣就造成了漂移的現象。但是如果在同樣的情況下,較早的GPS產品即會完全斷訊,直到可以找到信號夠強的衛星才開始接受。所以這是一個比較矛盾的選擇,但是隨著軟體和硬體的不斷開發升級,相信這種情況會越來越少。現在我國北斗衛星應用於民用大大提升了中國GPS的精確度,未來手機定位會越來越穩定。
6. 能在飛機上面用GPS么?
答:不可以,會影響飛機導航。
7. 到國外能用GPS么?
答:可以,因為GPS首先源至於美國,美國的GPS早於中國很多年了。
8. 昨天我還能定位,但是今天就無法定位了,為什麼?
答:一般是上一次使用的時候沒有正常關閉GPS。請重新啟動設備后再連接一下,如果還是不行就對GPS進行冷啟動處理。在今後的使用中,務必先在軟體中停用GPS后,方可關閉或拔出GPS接收器。
GPS接收器在公交車上的使用
針對公交系統出現的車輛延遲、堵塞等問題,神州數碼網路利用公司無線通信技術的優勢和全球衛星定位技術(GPS),設計了一套綜合解決APTS的應用方案:即全球定位系統(GPS),利用GPRS/CDMA1x等移動通信網路相結合,構建一個集公交指揮調度、綜合業務通信、乘客信息服務為一體的現代化、全方位的智能車輛監控調度管理服務系統。
公交車輛定位系統如上圖所示,共分四部分:GPS差分站、總調中心、區域監控站、車載設備等,GPRS/CDMA1x移動通信網路、區調平台均為與車輛定位系統相關、用於實現數據傳輸以及其他輔助的功能的內容。
GPS接收器
GPS接收器
系統功能模型
GPS接收器
GPS接收器

引腳說明


內部結構

GPS/OEM接收機的內部結構圖,它主要包括天線部分、接收部分、數據處理部分。這種接收器是通過兩個串口與外部通訊的,串口 1為主串口,串口2為輔助串口(提供修正量)。其中,串口1為全雙工方式,串口2為半雙工方式。系統通過這兩個串口同其外部器件或設備連接,也可以用軟體編程或硬體設置來配置其串口特性。

存儲方式

接收數據的用戶可以選擇的存儲方式有三種:SRAM、ROM、EEPROM
接收機內部的一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps(每秒一個脈衝)的時鐘標輸出可用來進行時鐘同步,也可用於進行時鐘校準。
系統可以通過RESET進行複位。
“Jupiter”GPS/OEM接收機採用20腳DIP封裝,常用管腳的說明如表1所列。