復(fù)雜射頻干擾環(huán)境下的高靈敏度GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)不具任何有效定位數(shù)據(jù)的GPS終端來(lái)說(shuō)，最重要的是要收齊四顆衛(wèi)星個(gè)別的廣播星歷及衛(wèi)星時(shí)間數(shù)據(jù)，才能正確地計(jì)算定位。由于衛(wèi)星是以50bit/s的速率來(lái)發(fā)射信號(hào)，因此同步收齊四顆衛(wèi)星一個(gè)完整幀數(shù)據(jù)的時(shí)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(dòng)與熱啟動(dòng)的定位時(shí)間相差甚大，前者所需時(shí)間至少需要18~36秒，接收過(guò)程中如果出現(xiàn)了任何干擾而導(dǎo)致信號(hào)中斷，那就得重新再接收一次。相比較之下，如果在GPS設(shè)備的內(nèi)存中已有完整且有效的廣播星歷資料，只要確認(rèn)目前在頭頂上的四顆衛(wèi)星，即可立即進(jìn)行定位計(jì)算，定位動(dòng)作甚至在1秒之內(nèi)就可完成。

冷啟動(dòng)的首次定位時(shí)間由如下幾項(xiàng)組成，接收機(jī)啟動(dòng)時(shí)間T_warm，捕獲時(shí)間T_acq，跟蹤時(shí)間T_track，導(dǎo)航電文讀取時(shí)間T_ced+gst，導(dǎo)航方案計(jì)算時(shí)間T_PVT。而熱啟動(dòng)僅僅包括捕獲時(shí)間Tacq，跟蹤時(shí)間T_track。一般而言，T_warm，T_ced+gst，T_PVT是相對(duì)固定的，而T_track和T_acq則決定了系統(tǒng)的首次定位時(shí)間長(zhǎng)短。本文僅考慮射頻干擾對(duì)T_acq和T_track的影響而忽略其它時(shí)間項(xiàng)從而簡(jiǎn)化了分析模型。在捕獲和跟蹤期間，系統(tǒng)通常有兩種處理方法來(lái)提高解調(diào)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(shí)長(zhǎng)不能無(wú)限加長(zhǎng),因?yàn)?0毫秒周期的導(dǎo)航電文會(huì)帶來(lái)位翻轉(zhuǎn),從而影響相干結(jié)果.而非相干累積可以采用較大的累積時(shí)長(zhǎng)來(lái)獲得更大的增益.但是相對(duì)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(jì)算:

(4)

式(4)中第二項(xiàng)為非相干累積所帶來(lái)的平方損失項(xiàng)，n為非相干累積的次數(shù)，直接決定非相干累積的持續(xù)時(shí)間，在給定檢測(cè)概率P_d=0.9和虛警概率P_fa=1e-7時(shí)D_c(1)約等于21。

3 高性能GPS低噪聲放大器對(duì)系統(tǒng)性能的提升

如圖1所示，傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)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(jī)內(nèi)部空間小，布線(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但不可忽視的是，該方案的性能指標(biāo)受到了一定的限制。由于手機(jī)內(nèi)部和周邊環(huán)境的射頻干擾非常嘈雜，GPS接收IC往往會(huì)受其影響而導(dǎo)致接收性能下降；除此之外，由于受手機(jī)PCB布線(xiàn)局限，GPS貼片天線(xiàn)一般距離接收IC較遠(yuǎn)，兩者之間的PCB走線(xiàn)插損也對(duì)系統(tǒng)性能造成了不可忽視的影響。

改進(jìn)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(hào)的干擾，低噪聲放大器則進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，有效的提高了系統(tǒng)性能。上海艾為電子技術(shù)有限公司推出了全新的GPS前置低噪聲放大器AW5005，相對(duì)于傳統(tǒng)方案，AW5005極為有效的提高了GPS系統(tǒng)性能，降低了復(fù)雜射頻環(huán)境下的GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。

圖2所示為沒(méi)有AW5005和加入AW5005的GPS系統(tǒng)在不同靈敏度下的首次定位時(shí)間TTFF的區(qū)別。從圖2可以看出，無(wú)論在高低靈敏度條件下，擁有AW5005的系統(tǒng)TTFF遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于缺少AW5005的GPS系統(tǒng)。

圖2沒(méi)有/加入AW5005前端模塊的GPS系統(tǒng)在不同靈敏度下的TTFF

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