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设计低成本、元件数量少的 GPS 接收器
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2022-11-18
刘辉
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全球定位系统 (GPS) 是由美国国防部设计和资助的精密卫星导航系统。该系统由 24 颗卫星组成，它们不断地广播它们在地球周围的位置和时间。这些卫星在六个轨道之一上运行，通常每个轨道上有四颗卫星。地球上的 GPS 接收器可以接收五到十二个卫星信号。要在地球上定位，至少需要四个卫星信号——三个用于计算 GPS 接收器的纬度、经度和高度，而第四个提供正确的同步时间 [1]。如图1全球定位系统 (GPS) 是由美国国防部设计和资助的精密卫星导航系统。该系统由 24 颗卫星组成，它们不断地广播它们在地球周围的位置和时间。这些卫星在六个轨道之一上运行，通常每个轨道上有四颗卫星。地球上的 GPS 接收器可以接收五到十二个卫星信号。要在地球上定位，至少需要四个卫星信号——三个用于计算 GPS 接收器的纬度、经度和高度，而第四个提供正确的同步时间 [1]。如图1所示所示，每颗卫星在两个载频上传输两个独特的直接序列扩频 (DSSS) 信号。使用扩频技术是因为它提供了针对窄带干扰的高度保护。第一个载波频率位于 L1 频段（以 1575.42MHz 为中心），而另一个则位于 L2 频段（以 1227.6MHz 为中心）。用于民用的 L1 频段包含两个信号。一种称为粗捕获 (C/A) 码，另一种称为精确码 (P) 码。L2 频段仅用于军事用途，仅携带 P 代码。所有 24 个 L1 卫星信号都能够占用相同的频率而不会相互干扰，因为它们每个都被 32 个独特的伪随机噪声 (PRN) 代码中的一个扩展（或编码）在 2 的带宽上。，每颗卫星在两个载频上传输两个独特的直接序列扩频 (DSSS) 信号。使用扩频技术是因为它提供了针对窄带干扰的高度保护。第一个载波频率位于 L1 频段（以 1575.42MHz 为中心），而另一个则位于 L2 频段（以 1227.6MHz 为中心）。用于民用的 L1 频段包含两个信号。一种称为粗捕获 (C/A) 码，另一种称为精确码 (P) 码。L2 频段仅用于军事用途，仅携带 P 代码。所有 24 个 L1 卫星信号都能够占用相同的频率而不会相互干扰，因为它们每个都被 32 个独特的伪随机噪声 (PRN) 代码中的一个扩展（或编码）在 2 的带宽上。图 1. L1 和 L2 频段中的 P 代码和 C/A 代码 GPS 信号。图 1. L1 和 L2 频段中的 P 代码和 C/A 代码 GPS 信号。通过 PRN 码扩展 GPS 信号不仅可以将每个信号与其他信号区分开来，还可以防止干扰。抗干扰能力在很大程度上取决于系统的处理增益。处理增益越高，GPS 信号传播的越广。通过在较宽的带宽上扩展信号，只有一小部分所需信号会被窄带干扰破坏。在解扩过程之后，窄带干扰被扩展。对于 GPS 应用，每个 PRN 码序列长 1023 位，以 1.023Mbps 的速率传播信号 [2]。处理增益定义为：通过 PRN 码扩展 GPS 信号不仅可以将每个信号与其他信号区分开来，还可以防止干扰。抗干扰能力在很大程度上取决于系统的处理增益。处理增益越高，GPS 信号传播的越广。通过在较宽的带宽上扩展信号，只有一小部分所需信号会被窄带干扰破坏。在解扩过程之后，窄带干扰被扩展。对于 GPS 应用，每个 PRN 码序列长 1023 位，以 1.023Mbps 的速率传播信号 [2]。处理增益定义为：处理增益 = 10 log（芯片速率/数据速率）= 43dB 处理增益 = 10 log（芯片速率/数据速率）= 43dB
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