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GPS接收器

[ 浏览次数:约355次 ] 发布日期:2017-08-17

  GPS系统是由美国国防部设计和资助的精巧卫星导航系统,包含了24能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星,这些卫星平均分布运行在六个轨道上。一般来说,在地面上的GPS接收器能接收5~12个卫星信号,而为了获得地面上的定位坐标,至少需要4个卫星信号,三个用来确定GPS接收器的纬度、经度和海拔高度,第四个则提供同步校正时间。

GPS接收器.jpg

目录
GPS接收器概况
影响GPS接收器因素
GPS接收器具体应用
GPS接收器内部结构
GPS接收器存储方式
GPS接收器常规问题
GPS接收器在公交车上的使用

  GPS接收器概况


  L1和L2波段

  如图1所示,每个卫星都在两个载波上发送两个直接序列扩频信号。之所以要使用扩频技术,是因为它具有高度的抗窄带干扰能力。

  图1 驻留在L1和L2 GPS信号波段上的P码和C/A码

  两个波段

  第一个载波驻留在L1波段(中心频率为1575.42MHz),第二个驻留在L2波段(中心频率为1227.6MHz)。L1波段主要是民用,包含了两种代码,一个叫做粗捕获码(C/A)码,另一个叫做精测距码(P码)。L2波段只用于军用场合,仅含有一个P码。所有24个卫星的L1信号均使用同样的频率,但相互不发生干扰,因为它们每一个都经由覆盖了2.046MHz波段的一个PRN代码进行了扩频。经过PRN代码扩频后的GPS信号不仅能区别于其他信号,还具有抗干扰能力。


  影响GPS接收器因素


  解扩频GPS信号的质量决定了GPS接收器的精度,它是由结果误码率(BER)来的判定。假定基带处理器需要的BER为10-5,用于BPSK模块的相关器的Eb/N0 将不小于9.5dB。Eb/N0定义为每bit上的能量对噪声浓度的比。从9.5dB的相关器Eb/N0除去43dB的处理器增益,相关器的输入信噪比是-33.5dB。


  GPS接收器具体应用


  当GPS器件成为手机或其他手持设备集成解决方案一部分时,它们对相邻单元干扰的承受能力将成为关键。举例来说,一个双频带CDMA手机可同时进行 GPS工作。此时,功率放大器上的典型CDMA传送功率是25dBm。假设互扰消除器和GPS通带过滤拓扑可以隔离-70dB的频带外信号,GPS接收器将承受-45dBm的带外干扰级。

  为了减少成本和尺寸,多数的制造商在设计多功能器件时会使用一个普通的参考频率。传统的GPS接收器只工作在16.36MHz的参考频率下。如果 GPS接收器是一个单独的单元,灵活的参考输入将不再需要。然而,当今的手持设备需要多种参考频率,如10.0、13、14.4、19.2、20.0和 26.0MHz。因此,当低成本、小体积成为器件的发展趋势时,一个具有灵活参考输入的GPS接收器将非常有用。举例来说,MAX2741 GPS接收器有一个集成合成器,通过接收2~26MHz的参考频率,它将有助于建立灵活的频率规划。当配有一个外加LNA时,该器件能获得小于2dB的级联噪声。

  过去,在GPS接收器中关联接收到的PRN代码和已知PRN代码的工作是由专门的GPS基带处理器来完成的。由于有了菲利普公司的突破性软件GPS技术,关联和计算功能将交由应用处理器中的内置软件来完成。这样做不仅降低了成本,还减小了GPS解决方案的尺寸

  众所周知,对干扰的抵抗主要依靠系统的处理增益。处理增益越高,GPS信号扩展的越宽,如果将信号扩展至整个波段,只会有一部分有用信号被窄带干扰破坏。但信号在经过解扩频过程后,窄带干扰会被放大。对于GPS应用而言,每一个PRN代码序列的大小是 1.023 bit,扩频的速率是1.023M/s。这样,处理增益被定义为:

  处理增益=10log(芯片速率/数据速率)=43dB (1)

  此式中,芯片速率=1.023M/s, 数据速率=50b/s。

  假设GPS软件的执行损失为3.5dB,量化器输入的信噪比为-30dB。在整个2.046M的采样带宽内,集成噪声功率为-111dBm。为了获得-139dBm的目标敏感度,所需的级联接收噪声将是 -28dB的天线中信号信噪比和-30dB的量化器输入中的信号信噪比之差。

  NF=SNRANTENNA/SNRQUANTIZER = -28dB-(-30dB) = 2dB (2)


  GPS接收器内部结构


  GPS/OEM接收机的内部结构图,它主要包括天线部分、接收部分、数据处理部分。这种接收器是通过两个串口与外部通讯的,串口 1为主串口,串口2为辅助串口(提供修正量)。其中,串口1为全双工方式,串口2为半双工方式。系统通过这两个串口同其外部器件或设备连接,也可以用软件编程或硬件设置来配置其串口特性。


  GPS接收器存储方式


  接收数据的用户可以选择的存储方式有三种:SRAM、ROM、EEPROM。

  接收机内部的一个10kHz的参考时钟输出和一个1pps(每秒一个脉冲)的时钟标输出可用来进行时钟同步,也可用于进行时钟校准。

  系统可以通过RESET进行复位。

  “Jupiter”GPS/OEM接收机采用20脚DIP封装,常用管脚的说明如表1所列。


  GPS接收器常规问题


  GPS基础常识

  我的GPS接收器为什么收不到星(定不到位)?

  答:首先请确保是在室外使用您的GPS。

  如果您是在车内无法定位,那就先将GPS置于车顶,冷启动后,待正常后再放入车内。

  2.GPS怎么做冷启动?

  答:如果是SIRF芯片的设备,可以使用GPS接收器 VIEWER软件。如果是SONY芯片的设备,可使用PCTESTER或PDATESTER软件。

  3. 为何我的电脑找不到GPS设备?

  答:请确认您的电脑是否正确安装驱动程序。如果确认安装正常,请到设备管理器中找到GPS所在的端口,然后在GPS接收器中设定为此端口即可。

  4. 一般GPS的波特率是多少?

  答:4800。

  5. 为什么我的GPS总是飘来飘去,就算站着不动也在飘?

  答:早先的GPS接收器由于收星能力比较弱,总是会发生断讯,尤其在城市中用做导航的时候,给出行造成很多不便。后来开发的一些民用GPS芯片,将信号不够强的GPS信号也收入,这样就造成了漂移的现象。但是如果在同样的情况下,较早的GPS产品即会完全断讯,直到可以找到信号够强的卫星才开始接受。所以这是一个比较矛盾的选择,但是随着软件和硬件的不断开发升级,相信这种情况会越来越少。现在我国北斗卫星应用于民用大大提升了中国GPS的精确度,未来手机定位会越来越稳定。

  6. 能在飞机上面用GPS么?

  答:不可以,会影响飞机导航。

  7. 到国外能用GPS么?

  答:可以,因为GPS首先源至于美国,美国的GPS早于中国很多年了。

  8. 昨天我还能定位,但是今天就无法定位了,为什么?

  答:一般是上一次使用的时候没有正常关闭GPS。请重新启动设备后再连接一下,如果还是不行就对GPS进行冷启动处理。在今后的使用中,务必先在软件中停用GPS后,方可关闭或拔出GPS接收器。


  GPS接收器在公交车上的使用


  针对公交系统出现的车辆延迟、堵塞等问题,神州数码网络利用公司无线通信技术的优势和全球卫星定位技术(GPS),设计了一套综合解决APTS的应用方案:即全球定位系统(GPS),利用GPRS/CDMA1x等移动通信网络相结合,构建一个集公交指挥调度、综合业务通信、乘客信息服务为一体的现代化、全方位的智能车辆监控调度管理服务系统。

  公交车辆定位系统如上图所示,共分四部分:GPS差分站、总调中心、区域监控站、车载设备等,GPRS/CDMA1x移动通信网络、区调平台均为与车辆定位系统相关、用于实现数据传输以及其他辅助的功能的内容。

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