GPS收机灵敏度分析
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。
gps 精度指标
gps 精度指标GPS（全球定位系统）精度是指GPS接收器确定位置的准确程度。
精度是评估GPS定位性能的重要指标之一，决定了GPS系统在实际应用中的准确性和可靠性。
本文将讨论GPS精度的相关内容，并提供一些参考信息和背景知识。
GPS精度通常以距离为单位进行度量，例如米（m）或英尺（ft）。
下面是一些与GPS精度相关的指标和参考内容：1. 平均精度误差（Average Position Error，APE）：APE是指GPS测量结果与参考位置之间的平均距离差。
一般来说，APE 越小表示GPS定位的精度越高。
通常情况下，APE的精度为几米到几十米范围内。
2. 水平精度误差（Horizontal Position Error，HPE）：HPE是水平方向上GPS测量结果与参考水平位置之间的误差。
HPE通常表示为一个距离值，例如几米或几十米。
HPE的大小取决于卫星信号质量、接收器的性能和周围环境条件（如建筑物、树木等）。
3. 垂直精度误差（Vertical Position Error，VPE）：VPE是垂直方向上GPS测量结果与参考垂直位置之间的误差。
VPE通常与HPE一起考虑，以评估3D定位的精度。
VPE也通常以距离为单位表示。
4. 定位可靠性（Position Fix Reliability）：定位可靠性指GPS系统成功解算位置的能力。
它表示为一个百分比，例如90%（表示90%的时间内可以成功定位）或99%（表示99%的时间内可以成功定位）等。
定位可靠性受到卫星信号质量、多径效应、信号遮挡以及GPS接收器的性能等因素的影响。
5. PDOP（Position Dilution of Precision）：PDOP是指位置精度衰减因子，用于评估卫星几何分布对定位精度的影响。
PDOP是一个无单位的值，通常在1到10之间。
较低的PDOP 值表示较好的卫星几何分布，有助于提高定位精度。
6. 多路径误差（Multipath Error）：多路径误差是指GPS信号在传播过程中发生反射、散射等现象，导致接收器接收到多个路径的信号，从而产生定位误差。
GPS手机GPS测试方案
GPS Module
RS232
RS232
GPS转发系统自动校准和自动测试示意图
RS 232 RS232 Sample Module RS232 GPS Module
PC
Host S/W
A11XLV-Z
USB
USB to Serial Multi pr Supply
GT-RK1V
•Roof Antenna: L1A •Gain= 38dB •Connectors: N female
产品规格书下载(Down load Datasheet )
•Cable assembly: RG8; •Length=10~200M; •Low loss: 0.17dB/M @ GPSL1 •Connectors: N male to N male;
•Cable assembly: LMR240; •Length=10~30M; •Low loss: 0.34dB/M @ L1GPSL1 •Connectors: N male to SMA male; •S18: GPS splitter, 1 to 8; •Powered: 220/5V •gain=X dB
GPS Module
GPS Module
RS232
RS232
系统综述：
– GPS转发方案是目前实现GPS全功能测试的最 低成本方案；被广泛的应用于生产测试和实验 室的日常测试、软件功能测试。 – 通过可调可显示的增益控制器，可以解决信号 动态范围大的问题，通过日常记录增益值和对 比接收机的C/N值作为日常的信号校准。该方 法被广泛的采用并实施。 – 对自动校准的功能支持，可以实现自动测试和 自动校准。
接受。目前任何一家GPS或GPS手机制造厂在导入产品初期都会采用该方案，
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。
手机GPS接收灵敏度上层楼釐清讯号干扰为治本之道
手機GPS接收靈敏度上層樓釐清訊號干擾為治本之道新通訊2008年11月號93期文〃賴盈霖在九十二期專欄中已針對全球衛星定位系統(GPS)接收機和手機晶片整合模式進行完整介紹，同時亦剖析類比和數位基頻介面的設計考量；本期專欄將繼續探討GPS與手機晶片整合時，手機電路對GPS接收機的干擾問題。
手機系統對GPS干擾問題重重GPS接收機和手機整合最容易面臨的問題便是來自手機和主機板的干擾會導致GPS接收機靈敏度(Sensitivity)降低、值降低以及造成衛星誤判(False Alarm)。
一般說來，手機系統對GPS的干擾可以分類為外頻(Out-of-band)和同頻(In-band)干擾。
圖1所示為干擾源的樹狀圖。
圖1GPS接收機干擾源樹狀圖手機射頻為GPS外頻干擾元兇外頻干擾主要是成因為手機發射機所發射的高功率載波。
一般手機的發射功率在全球行動通訊(GSM)頻段最高發射功率可達33dBm，在DCS頻段最高發射功率亦可達30dBm；就平均發射功率而言，手機的發射功率通常在20dBm 以上。
相較之下，衛星訊號抵達GPS接收機天線的功率在戶外約為-130dBm，而在室內則降低到-150dBm左右。
雖然手機所發射的高功率載波落在GPS的外頻，但這兩種訊號的功率位準相差甚大(可達150～180dBm)，再加上低雜訊放大器(LNA)本身是一種寬頻的元件，因此會對第一級低雜訊放大器產生非線性效應。
此一非線性效應會在GPS接收機內產生訊號飽合(Saturation)、壓縮(Compression)和互調變(Inter-m odulation)，進而導致GPS接收機值的降低，甚至產生同頻的干擾訊號。
GPS的操作頻率為1,575.42MHz，因此當手機操作在DCS頻段時會對GPS接收機的值造成最大的影響。
理論上，當手機操作在DCS頻段的最低頻道(ARFCN為512，=1,710.2MHz)且發射功率亦為最大時(30dBm)，會對GPS接收機的值造成最大的負面衝擊。
GPS接收机的灵敏度分析
GPS接收机的灵敏度分析GPS接收机的灵敏度分析根据GPS 接收机的定位原理和GPS 接收机灵敏度分析接收机性能，发现灵敏度主要与前端电路和基带有着密切关系。
据此对GPS 的天线前端电路设计滤波器和低噪声放大器，并对电路的其他方面提出要求，考虑包含处理器和大量逻辑门电路的Cyclo ne 器件，并通过配置嵌入式软核处理设计GPS 接收机。
GPS 系统在海运方面因能够提供连续、高精度的船位，在保证船舶安全经济方面和保证在计划航线上航行有着极为重要的作用。
高灵敏度的GPS 接收机要求接收机在卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪。
GPS 接收系统的灵敏度指标包括跟踪灵敏度、捕获灵敏度和初始启动灵敏度。
目前GPS 接收机基本上可以实现跟踪灵敏度在- 160 dBm 以下，同时初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到- 142dBm 和- 148 dBm 以下。
1 GPS 接收机灵敏度分析GPS 接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。
接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比; 基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程需要最小信噪比。
GPS 卫星的导航载波信号是L 频段（L 1 ：19cm; L2 ：24 cm）的电波信号，现行GPS 工作卫星采用L 波段的三种导航信号，分别为L 1、L2、L3 ，其载波频率分别为：1 575 42、1 227 60 和1 381. 05 MHzGPS 信号是从距地面20 000 km 的卫星发送到地面，其L 1频段（f L1 = 1 575. 42 MHz）自由空间衰减为：根据GPS 接口控制文档（interface cONt ro ldocument ，ICD）规定GPS 系统L 1频段C/ A 码信号强度的最小值为- 160 dBW，而GPS 系统设计该频段中C/ A 码信号发射的有效通量密度（effect ive isot ro pic radiated pow er，EIRP）为P=478. 63 W（26. 8 dBW）［4］，若大气层衰减为2. 0dBW，那么GPS 系统L 1 频段C/ A 码信号到达地面的强度为：。
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GPS 接收机的灵敏度分析
1 GPS 接收机的灵敏度定义
随着GPS 应用范围的不断扩展，业界对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、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。
目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm 以下的接收机，同时，初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以达到-142dBm 和-148dBm 以下。
GPS 接收机首先需要完成对卫星信号的捕获，完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度；在捕获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。
为了实现定位，GPS 接收机还需要解调GPS 卫星发送的导航电文，相应的，解调导航电文所需要的最低信号强度为初始启动灵敏度。
根据上述定义可知，跟踪灵敏度最高，捕获灵敏度次之，初始启动灵敏度最差。
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、捕获、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（fL1=1575.42MHz）自由空间衰减为：
η和Q η分别为I 路和Q 路的噪声。
由公式(6)(7)可知，相干累积结果和相干累积时长非常相关，相干累积时间越长，对输入载噪比的要求越低，其灵敏度也就越高，但累积时长过长，由于频偏Δf 的影响，上式中第一项值也会越小，又会降低其灵敏度。
因此，一般高灵敏度的GPS 接收机都需要采用频率稳定度较高的TCXO 作为本振，以降低本地频率和载波频率之间的偏差。
一般而言，高灵敏度的基带算法对本振的稳定度要求在8ppm 左右，该稳定度包括校正偏差、老化以及温度补偿稳定度，对于频率校正稳定度为2ppm、老化稳定度为5ppm 的TCXO 而言，一般要求其温度补偿稳定度在0.5ppm 以内。
非相干累积结果为( 2 2 )
i i Σ I +Q ，通过公式(6)(7)还可以看出，当采用非相干累积时，
由于I
η和Q η的存在，其信噪比会比相干累积有所降低。
下图给出了不同频率偏移情况下相干累积结果随相干时长变化的情况。
由图中可以看出，当频偏较小的情况下，可以选择较长的相干时长以达到较高的相干累积结果。
GPS 基带芯片内都已经实现；
4、需要高稳定度的本振，这也是好的基带算法能够工作的必要前提。
3 总结
随着GPS 应用范围的不断扩展，业界对GPS 接收机的灵敏度要求也越来越高。
GPS 接收机的灵敏度主要受两个部分的限制：一是接收机前端电路包括天线部分的设计，二是接收机基带算法的设计。
其中，接收机前端电路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、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。
本文针对上述两个方面的原理分别进行了阐述，并给出了高灵敏度接收机设计的建议。