GPS接收器

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

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。

解擴頻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

當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)

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。

系統功能模型

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。

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。