GPS接收机的灵敏度分析
手持gps接受机定位精度分析及提高方法探讨
手持GPS接受机定位精度分析及提高方法探讨手持GPS接受机定位精度分析及提高方法探讨【摘要】通过对手持GPS接收机的定位原理和影响因素入手，对其定位精度进行了系统的分析研究,并在此基础上对提高定位精度的均值法进行了验证。
结果表明：1）在一定程度上，连续观测时间越长,其定位精度越高;2）均值法可以很好的提高定位精度。
【关键词】接收机定位精度均值法A hand—held GPS receiver location accuracy analysis and improving methodZhang Bo Lin(The first team of Coalfield Berean of Henan Province Xinzheng 451150 China)Abstract：We studied the positioning precision through the positioning principle and influence factors of the handheld GPS receiver, and on this basis we verfied the mean value method that is used to improve the positioning accuracy. The results show that: 1) to some extent, the continuous observation time is longer, the higher positioning precision ； 2) the averaging method can well improve the positioning precision。
Key words:receiver positioning accuracy averaging method中图分类号:P228。
GPS接收机灵敏度解析
1 GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。
作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。
对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。
目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。
GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。
2 GPS接收模块的灵敏度性能分析从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。
其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。
2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为：（1）按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为：（2）GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。
接收机灵敏度分析
接收机灵敏度分析
噪声性能是影响接收机灵敏度的关键因素之一、在接收机的前端，会存在各种噪声源，包括热噪声、放大器的噪声等。
热噪声是由于接收机系统中的电阻上的热运动所引起的，它是一个与频率无关的噪声源，可以通过降低系统的温度来减小热噪声。
而放大器的噪声主要来自于放大器自身的噪声系数，噪声系数越小，接收机的灵敏度就越高。
因此，要提高接收机的灵敏度，需要在设计中降低噪声源，并提高放大器的噪声系数。
增益控制技术也对接收机的灵敏度有很大影响。
在接收机中，信号会经过多个放大器进行放大，每个放大器的增益都会对接收机的灵敏度产生影响。
一般来说，增益越大，接收机的灵敏度就越高。
但是，过大的增益也会带来一些问题，比如增加了噪声源的放大、增加了信号的非线性失真等。
所以，在接收机设计中需要合理选择放大器的增益，避免灵敏度过高导致系统性能下降。
射频前端的设计也是接收机灵敏度分析的重要方面之一、射频前端是指接收机的前置放大器、滤波器、混频器等部分。
合理设计射频前端可以提高接收机的灵敏度。
在射频前端设计中，要尽量减小信号的损耗，提高信号的输入功率。
同时，还要设计适当的滤波器来抑制杂散信号，提高接收机对目标信号的检测和区分能力。
另外，混频器的选择和设计也是必不可少的一环，它是将高频信号转换为中频信号的关键组件，直接影响到接收机的灵敏度和动态范围。
总的来说，接收机灵敏度的分析需要综合考虑噪声性能、增益控制技术和射频前端的设计等方面。
通过合理的设计和调整，可以提高接收机的灵敏度，实现更远距离、更高质量和更大容量的无线通信。
GPS灵敏度分析
GPS相关知识整理一、何为热启动、暖启动和冷启动。
1.热启动就是GPS关闭不久后的再开启，相当于是卫星收讯不佳、失联，再度获取定位的时间。
2.暖启动就是一般开机，包括GPS 自我测试、取得精确星历至定位完成，就是有星历资料[Almanac]，没有导航讯息[Current Ephemeris (nav message) ]，其前提是离上次关机移动距离在100公里内、速率在25m/sec 下。
3.冷启动开机后GPS接收器需执行一连串如下载星历等的初始化动作，也称为初始值。
所以不管什么开机，可能情形就是……完全没有资料…有星历，但没正确时间或所在位置…有星历、时间、位置，而且短暂定位资料尚未过期…关机前不久已定位完成(两小时内)，有足够资料二、GPS的TTFF和C/N、C/No值1.所谓TTFF 就是Time To First Fix 的简称2.C/N值，指GPS接收机收到的GPS卫星信号的强度值，用以标明GPS接收机的品质，跟接收天线、LNA设计、系统EMC等均相关。
C/N包括一切噪音。
C/No=10* Log(C/KTB)﹐不包括天線到Correlator的PATH LOSS及LNA等線路引進的噪音。
C是指信號強度﹐K是指波爾茲蔓常數﹐T是溫度﹐B是等效噪音帶寬。
C/N的計算公式與C/No公式是一樣的﹐只是C/N中包含了接收機本身影響。
三、GPS接受能力的分析（灵敏度）。
dBm（1毫瓦的分贝数）dBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。
[例] 如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。
[例] 对于0.01mW的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10log（0.01/1）=-20dBm。
这个数值越大，表明信号越好。
由于GPS信号强度一般较小，折算成为dBm一般都是负数根据上面对C/N、C/No值的解释，可以得出同dBm下，C/N、C/No值越大，模块性能越好。
GPS接收机的灵敏度分析
GPS接收机的灵敏度分析首先，灵敏度是指接收机在低信号强度情况下能够接收到的最小有效信号强度。
通常以接收和解码导航信号的最低功率为衡量标准，以dBm或dB-Hz为单位进行表示。
接收机的灵敏度越高，就能在更弱的信号环境下工作，提高了定位的可靠性和成功率。
接下来，影响GPS接收机灵敏度的因素主要有以下几个方面：1.天线性能：GPS接收机的天线性能直接影响信号接收的效果。
天线的增益、波束宽度和方向性等指标都会对接收机的灵敏度产生影响。
因此，选择合适的天线和调整其方向也是提高灵敏度的重要手段。
2.前端设计：前端设计主要包括低噪声放大器（LNA）的设计和功率分配等。
LNA的噪声系数和增益直接影响了接收机的灵敏度。
较低的噪声系数和合适的功率分配可以提高接收机的灵敏度。
3.中频放大器（IF）设计：IF放大器的设计和性能对于信号处理的正确性和灵敏度也有着显著的影响。
合适的增益、线性度和频带宽度都是提高灵敏度的重要因素。
4.数据处理算法：接收到的GPS信号需要经过一系列的解调、解码、滤波等处理才能得到最终的定位结果。
因此，高效、精确的数据处理算法也是提高灵敏度的重要因素。
除了影响因素，还有一些方法可以提高GPS接收机的灵敏度：1.天线方面：选择合适的天线，并根据天线增益和方向性调整天线的方向，以获得更好的信号接收效果。
2.前端设计：合理选择LNA的设计参数，以获得更低的噪声系数和更高的增益。
优化功率分配，增强前端输入信号的有效性。
3.中频放大器设计：充分考虑IF放大器的设计参数，以保证其增益、线性度和频带宽度的一致性。
避免过度放大和失真。
4.数据处理算法：针对GPS信号处理进行优化，提高解调和解码算法的性能，优化滤波和数据处理流程，从而提高定位的可靠性和精度。
综上所述，GPS接收机的灵敏度是衡量其接收能力的重要指标之一、灵敏度的高低直接影响了接收机在低信号强度环境下的工作效果。
通过选择合适的天线、优化前端和中频放大器的设计以及优化数据处理算法等方法，可以提高GPS接收机的灵敏度，提高定位的可靠性和精度。
GPS灵敏度分析
GPS相关知识整理一、何为热启动、暖启动和冷启动。
1.热启动就是GPS关闭不久后的再开启，相当于是卫星收讯不佳、失联，再度获取定位的时间。
2.暖启动就是一般开机，包括GPS 自我测试、取得精确星历至定位完成，就是有星历资料[Almanac]，没有导航讯息[Current Ephemeris (nav message) ]，其前提是离上次关机移动距离在100公里内、速率在25m/sec 下。
3.冷启动开机后GPS接收器需执行一连串如下载星历等的初始化动作，也称为初始值。
所以不管什么开机，可能情形就是……完全没有资料…有星历，但没正确时间或所在位置…有星历、时间、位置，而且短暂定位资料尚未过期…关机前不久已定位完成(两小时内)，有足够资料二、GPS的TTFF和C/N、C/No值1.所谓TTFF 就是Time To First Fix 的简称2.C/N值，指GPS接收机收到的GPS卫星信号的强度值，用以标明GPS接收机的品质，跟接收天线、LNA设计、系统EMC等均相关。
C/N包括一切噪音。
C/No=10* Log(C/KTB)﹐不包括天線到Correlator的PATH LOSS及LNA等線路引進的噪音。
C是指信號強度﹐K是指波爾茲蔓常數﹐T是溫度﹐B是等效噪音帶寬。
C/N的計算公式與C/No公式是一樣的﹐只是C/N中包含了接收機本身影響。
三、GPS接受能力的分析（灵敏度）。
dBm（1毫瓦的分贝数）dBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。
[例] 如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。
[例] 对于0.01mW的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10log（0.01/1）=-20dBm。
这个数值越大，表明信号越好。
由于GPS信号强度一般较小，折算成为dBm一般都是负数根据上面对C/N、C/No值的解释，可以得出同dBm下，C/N、C/No值越大，模块性能越好。
GPS全球定位系统工作原理和精度分析
GPS全球定位系统工作原理和精度分析引言：全球定位系统（GPS）是一种利用地球上的卫星系统来确定和跟踪目标位置的技术。
它的原理是利用地面接收器接收来自卫星的信号，并通过运算来计算目标的位置坐标。
本文将介绍GPS的工作原理和精度分析。
一、GPS的工作原理GPS系统由三个基本组件组成：卫星系统、控制系统和用户接收器。
1.1 卫星系统GPS系统使用24颗工作卫星，它们均匀分布在地球的轨道上，确保在任何时间和任何地点都能接收到至少4颗卫星的信号。
这些卫星以恒定的速度绕地球运行，并以精确的时间间隔发射信号。
1.2 控制系统GPS系统的控制系统由地面站组成，负责监控和维护卫星的运行状态。
地面站通过精确的测量和计算，提供卫星的轨道参数和钟差数据，以确保卫星信号的准确性。
1.3 用户接收器用户接收器是GPS系统的最后一个组件，用于接收来自卫星的信号，并利用这些信号计算目标的位置。
用户接收器通常由天线、接收器和计算模块组成。
它通过测量卫星信号的到达时间差来计算目标的位置。
用户接收器通过接收至少4颗卫星的信号来确定三维坐标，并通过对这些信号的计算来获取目标的精确位置。
二、GPS的精度分析GPS系统的精度可以受到多种因素的影响。
以下是一些主要因素：2.1 卫星几何卫星几何是指卫星的相对位置和高度。
如果卫星分布很均匀，覆盖范围广，GPS系统的精度就会更高。
2.2 天气条件恶劣的天气条件，如大雨、大雪或浓雾，会影响GPS信号的传播和接收。
此外，太阳活动也可能干扰GPS系统的信号传输，导致精度下降。
2.3 接收器性能用户接收器的性能也会对GPS的精度产生影响。
高质量的接收器通常具有更好的灵敏度和抗干扰能力，能够提供更准确的测量结果。
2.4 接收器位置用户接收器的位置也对GPS系统的精度产生影响。
建筑物、树木或其他遮挡物可能阻挡卫星信号的接收，从而影响GPS定位的准确性。
2.5 信号传播延迟GPS信号在通过大气层时会受到传播延迟的影响。
全球定位系统设备的精度评估与校正方法
全球定位系统设备的精度评估与校正方法全球定位系统（Global Positioning System, GPS）是一种通过卫星定位技术来确定地理位置的系统。
随着技术的不断发展，GPS设备在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。
人们常常使用GPS设备导航行驶、追踪物品、甚至用于军事等方面。
然而，准确的定位对于许多应用来说至关重要，因此我们需要评估和校正GPS设备的精度。
本文将介绍一些常用的GPS精度评估和校正方法。
在评估GPS设备的精度之前，首先需要了解GPS定位误差的来源。
GPS定位误差主要包括卫星钟差、大气延迟、接收机钟差、多径效应、几何精度等因素。
这些因素可以互相影响，并对定位的精度产生不同程度的影响。
一种常用的GPS精度评估方法是对同一位置进行多次测量，并计算出平均误差。
例如，可以在一个固定位置上放置GPS设备，然后进行一系列连续的定位测量。
通过对这些测量结果进行统计分析，可以得到GPS设备的平均定位误差。
这种方法可以帮助我们了解GPS设备的整体性能，但它并不能提供对不同位置的定位精度的具体信息。
为了更准确地评估GPS设备的定位精度，我们可以使用多点校正法。
这种方法要求我们在不同的位置上进行测量，并记录下每个位置的实际坐标。
然后，将这些实际坐标与GPS设备测量得到的坐标进行比较，计算出定位误差。
通过分析这些误差数据，我们可以确定GPS设备在不同位置上的定位精度，并进一步优化校正方法。
这种方法的优势在于可以提供更为细致的定位精度信息，从而帮助我们更好地理解GPS设备的定位性能。
除了评估GPS设备的精度，我们还需要校正GPS设备的误差。
一种常用的校正方法是差分定位法。
差分定位法通过将一个已知位置的GPS设备与待测设备进行对比测量，从而消除定位误差。
具体而言，我们可以将一个高精度的GPS设备称为参考站，将待测设备称为流动站。
参考站和流动站同时进行测量，参考站记录下其实际坐标以及接收到的GPS信号数据。
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最近，GPS导航系统已被全球的消费市场广泛采用。
GPS不仅被用于专业或商业应用，如军事跟踪、运输车队、科技探索，而且还普遍用于许多消费类产品，如手机和个人数字助理(PDA)设备。
实际上，车载GPS导航系统近几年来已经成为美国、欧洲和日本市场上中高端汽车的标准配备。
GPS售后市场同样火爆，因为车载娱乐信息系统，如具备大屏幕液晶显示器的DVD影院将很有可能带有GPS功能。
中国现在是备受关注的最重要的新兴市场之一。
2005年底，中国配备GPS的汽车不到10万辆，市场渗透率不及2%，远远低于成熟市场的渗透率。
预计从2006年至2009年，中国的GPS市场每年将以至少50%的增长率迅速发展。
到2009年，GPS产品总销售额将为大约100亿元人民币。
这就是GPS成为RF领域成长最快速的市场的原因所在。
此外，对GPS接收器灵敏度的严格要求(特别在高楼大厦林立的城市地区)也推动了外部低噪放大器(LNA)应用市场的发展。
英飞凌科技公司(Infineon Technologies)的BGA615L7是为数不多的、即使在弱信号条件下也能提高接收器灵敏度并兼具优异RF性能的GPS LNA之一。
在电气特征方面，BGA615L7具有18dB的系统增益，系统噪声系数低至0.9dB。
它的RF输出在内部进行了50欧姆的匹配，更重要的是，它可以承受基于人体模型的1kV静电放电(ESD)。
本文将讨论利用BGA615L7来提高GPS RF系统性能。
GPS系统已得到广泛使用，但GPS应用目前还面临一些技术挑战。
GPS信号的强弱取决于信号带宽和噪声基底。
但无线环境非常复杂，一方面，GPS噪声基底约为111dBm/MHz且必须被防护，另一方面，来自导航卫星的弱信号易受到树叶、多通道干扰以及天气状况的影响，而且在室内还会被进一步削弱，因此单芯片GPS接收器在如此苛刻条件下，若没有外部LNA几乎无法工作。
图1给出了GPS接收机系统的总体框图。
为提高GPS接收器的灵敏度，可以将单片微波集成电路(MMIC)或射频(RF)晶体管用作GPS接收器中的LNA。
性能良好的RF晶体管具有非常低的噪声系数和非常高的增益，但为获得最佳RF性能，需要进行非常复杂的RF设计。
MMIC LNA的工作原理与RF晶体管相似，但它采用不同的RF设计方法。
与RF晶体管LNA相比，MMIC LNA易于使用且RF设计复杂度低，外部器件数量少，能节省PCB空间并且缩短产品开发周期，因此现在MMIC以RF LNA形式广泛用于许多无线应用。
BGA615L7是一种专门为GPS设计的硅锗(SiGe)LNA MMIC，采用了英飞凌的B7HF技术。
BGA615L7能经受基于人体模型的1kV静电放电，增益高达18dB，噪声系数低至0.9dB，输入三阶截止点(IIP3)在1.575GHz 处为-1dBm。
此外，BGA615L7还具有预匹配输入、预匹配输出和片上关断功能，而待机电流低至3uA。
BGA617L7采用小型P-TSLP-7-1无铅封装，非常适用于便携式设备和PCB空间受限的设备，如手机、PDA 和GPS模块。
(以上数据的测试条件为TA=25℃，Vcc=2.8V，频率=1575MHz)
1. 低噪声系数和高增益特性
噪声会给通信系统带来不利的影响，它会大大降低通信接收系统的灵敏度。
噪声系数是衡量器件的噪声功率增加总量的一个测量指标。
一阶LNA是整个接收器链的系统噪声系数的主要来源，这意味着噪声系数越小，接收器的噪声基底就越低，接收器的灵敏度就可以更高。
因此，噪声系数低的MMIC LNA有助于大大提高整个GPS接收器的灵敏度。
英飞凌的BGA615L7的噪声系数低至0.9dB，它是世界上采用硅锗(SiGe)技术、拥有最低噪声系数的MMIC之一。
此外，BGA615L7还具有高达18dB的系统增益。
在一些设计中在采用BGA615L7以后，就不再需要二阶LNA。
如此高的增益性能可以帮助客户降低系统总成本。
2. 高线性LNA
非线性LNA会产生很高的谐波失真，这些谐波产物会落在接收频段，从而降低GPS接收器的RF灵敏度。
描述LNA的线性特性有三个主要参数：输入三阶截止点(IIP3)、输出三阶截止点(OIP3)和输出1dB压缩点(OP1dB)。
BGA615L7的IIP3高达-1dBm，OIP3可以达到+17dBm，OP1dB为+7dBm，这使得该芯片成为最适用于GPS应用的LNA之一。
3. 合理的带外抑制
在GPS天线和LNA之间放置一个带通声表面波(SAW)滤波器(如图1所示)，可抑制所有不想要的信号。
如果没有带通SAW滤波器，天线接收到的所有信号都将馈送到GPS LNA中，从而产生杂散信号并显著降低接收器的接收灵敏度、LNA线性度等性能。
例如，如果将一个不带SAW滤波器的GPS接收器设计到手机系统中，手机功率放大器发出的强大GSM信号会大大降低GPS接收器的灵敏度和线性度。
在具有WLAN 和GPS功能的PDA上也会发生同样问题。
因此，为确保处理器只处理想要的信号，用带通SAW滤波器阻隔带外信号进入GPS接收器非常重要。
BGA615L7具有带外抑制功能，可有效地阻隔一部分不想要的信号(图2)。
当它与拒波滤波器一起使用时，能有效地避免任何不想要的信号进入GPS接收器，从而提高RF的选择性。
4. 低功耗
对任何采用电池供电的设备而言，如何省电是一个关键问题。
低功耗意味着工作时间更长。
为实现这个目的，产品设计工程师可以采用更强大的电池，也可以降低系统功耗预算。
当然，如果不考虑设计成本，同时采用这两种方法是再好不过的，但这往往不现实。
BGA615L7集成了导通/关闭功能，可以降低接收器的电流消耗。
在“关闭”状态下，BGA615L7只需要3uA 待机电流，在“导通”状态下，总电流消耗仅为5.6mA。
5. 产品的可靠性
人们非常希望GPS设备具有很高的可靠性，特别对便携式GPS系统而言。
BGA615L7的工作电压为2.4V~3.2V。
在这个电压变化范围内，BGA615L7的RF性能仍保持高水平，电流消耗仅在5.5mA和5.7mA
之间稍稍变动(图3)，因此设计工程师完全不用担心在低电池电量条件下LNA性能会下降。
BGA615L7的工作温度范围为-30℃~+85℃，它可以在苛刻的环境(如在北极和撒哈拉沙漠)中正常工作。
6. 只需少量的外部组件
手机、PDA和手表等消费类产品对尺寸有限制，它们需要小且薄的GPS模块，BGA615L7可满足这种设计要求。
在标准应用中，BGA615L7只需7个外部无源器件(图4)，一共仅占用6.6×2.3mm的电路板空间(图5)。
本文小结
一款性能良好的GPS接收器应该具备高灵敏度和高选择性特性，并且可以可靠地工作。
采用智能软件设计的精确的GPS硬件能进一步增强GPS功能。
英飞凌公司的BGA615L7 MMIC可为GPS LNA带来成本效益和优异的RF性能。