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能持續傳送地理位置海拔高度和時間信號的衛星,這些衛星平均分布運行在六個軌道上。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。


詳細介紹

L1和L2波段
如圖1所示,每個衛星都在兩個載波上傳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波段只用於軍用場合,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代碼擴頻後的GPS信號不僅能區別於其他信號,還具有抗干擾能力。
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後,窄帶干擾會被放大。對於GPS套用而言,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(晶片速率/數據速率)=43dB (1)
此式中,晶片速率=1.023M/s, 數據速率=50b/s。
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模組的相關器的Eb/N0 將不小於9.5dB。Eb/N0定義為每bit上的能量對噪聲濃度的比。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。
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的採樣頻寬內,集成噪聲功率為-111dBm。為了獲得-139dBm的目標敏感度,所需的級聯接收噪聲將是 -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)
具體套用
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的級聯噪聲。
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。現在,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套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

GPS接收器的常規問題解答

1.我的GPS接收器為什麼收不到星(定不到位)?

答:首先需要了解的是GPS受到建築和金屬的阻隔,所以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,對GPS進行冷啟動後再試看看,待正常後再放入車內。請檢查您的GPS接收器是否和您的設備建立連線,如果沒有請參看問題3。

2.GPS怎么做冷啟動?

答:如果是SiRF晶片的設備,可以使用GPS接收器VIEWER軟體。如果是SONY晶片的設備,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式。如果確認安裝正常,請到設備管理器中查詢連線埠項,可以找到GPS所在的連線埠號,然後在GPS接收器中設定為此連線埠即可。

4.GPS能直接連PDA么,怎么連?

答:這個問題比較模糊,大體來說GPS可以通過串口(就是您用來做同步的那個連線埠)、CF口、SD口、籃牙等方式和您的PDA連線。 

5.有必要買籃牙GPS么?答:由於籃牙GPS是無線連線,使用方便,連線設備較廣,所以使用的人越來越多。當前的籃牙GPS售價也是越來越低,應該算是比較有延展性的選擇。

6.是不是PC上面配個籃牙適配器就能用籃牙GPS了?

答:是的。如果是已經內置籃牙功能的筆記本,那就不需要再購買此類產品。 

7.藍牙適配器那種好,應該買哪種?

答:現在的籃牙適配器整體質量都趨於穩定,如果經濟能力夠的話,建議購買品牌的產品,也不會貴太多的。

8.USB的GMOUSE可以直接連在有USB口的PDA上么?

答:基本上不可以。PDA上的USB插槽一般提供給鍵盤、滑鼠、優盤等通用類設備,所以沒有含GPS的驅動在裡面。

9.GMOUSE上的PS2口可不可以接在PC機的滑鼠、鍵盤口上用?

答:不可以,規格不同。

10.一般GPS的波特率是多少?

答:4800。現在有越來越多的GPS標示可以提供更高的速率,但是對於GPS套用來說沒有太大的必要,有的還會造成系統不穩定。

11.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晶片,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。 

12.能在飛機上面用GPS么?

答:GPS是可以收到信號的,只要乘務員不禁止就可以使用。

13.到國外能用GPS么?

答:可以。

14.剛買的GPS有沒有必要配延長天線?

答:建議不用一開始就購買,待您使用一段時間後就會知道是不是有必要購買了。GMOUSE是不需要這類延長天線的,因為GMOUSE本身就可以到處移動,並且可以吸附與車頂,所以一般也沒有這樣的設計。

15.GMOUSE、CFGPS、SDGPS、籃牙GPS,我應該配哪個?

答:GMOUSE是有線GPS,一般通過USB或專用的適配線連線設備,自身會帶有吸鐵石,可以直接吸附與車頂。CFGPS是通過CF口或CF轉換器連線相應設備。SDGPS是通過SD口連線相應設備。籃牙GPS可以連線各類有籃牙功能的信息設備。一般的設備擁有一種或幾種這類的介面,所以選擇的餘地較大,如果只做車用,還是建議購買GMOUSE,因為這類產品性能穩定,價格便宜,但是一般只能在車上使有。CFGPS是早先籃牙GPS價格過高的時候推出的一種選擇,由於有的設備只有CF接口,所以CF就成了唯一的選擇,接下來會有些內含SD插槽的CFGPS上市,對於只有CF接口的朋友來說,這是最好的解決辦法。SDGPS由於體積小,所以工藝的要求更高,當然價格也貴,比大多籃牙GPS還要貴很多,所以並不是主流的選擇,如果價格還是據高不下,相信慢慢會被市場淘汰,但對於只有SD接口的朋友來講這個也是唯一的選擇。籃牙GPS由於優點明顯,時下已是GPS的主流選擇。 

16.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。請重新啟動設備後再連線一下,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後,方可關閉或拔出GPS接收器。

17.一個GPS接收器可不可以同時給多個GPS軟體提供信號?

答:一般不可以。但是可以通過一些虛擬連線埠的軟體實現,正常使用下沒有太大必要。

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