復雜射頻干擾環(huán)境下的高靈敏度GPS系統設計
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對于一個(gè)不具任何有效定位數據的GPS終端來(lái)說(shuō)，最重要的是要收齊四顆衛星個(gè)別的廣播星歷及衛星時(shí)間數據，才能正確地計算定位。由于衛星是以50bit/s的速率來(lái)發(fā)射信號，因此同步收齊四顆衛星一個(gè)完整幀數據的時(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)程中如果出現了任何干擾而導致信號中斷，那就得重新再接收一次。相比較之下，如果在GPS設備的內存中已有完整且有效的廣播星歷資料，只要確認目前在頭頂上的四顆衛星，即可立即進(jìn)行定位計算，定位動(dòng)作甚至在1秒之內就可完成。
冷啟動(dòng)的首次定位時(shí)間由如下幾項組成，接收機啟動(dòng)時(shí)間Twarm，捕獲時(shí)間Tacq，跟蹤時(shí)間Ttrack，導航電文讀取時(shí)間Tced+gst，導航方案計算時(shí)間TPVT。而熱啟動(dòng)僅僅包括捕獲時(shí)間Tacq，跟蹤時(shí)間Ttrack。一般而言，Twarm，Tced+gst，TPVT是相對固定的，而Ttrack和Tacq則決定了系統的首次定位時(shí)間長(cháng)短。本文僅考慮射頻干擾對Tacq和Ttrack的影響而忽略其它時(shí)間項從而簡(jiǎn)化了分析模型。在捕獲和跟蹤期間，系統通常有兩種處理方法來(lái)提高解調增益：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(cháng)不能無(wú)限加長(cháng),因為20毫秒周期的導航電文會(huì )帶來(lái)位翻轉,從而影響相干結果.而非相干累積可以采用較大的累積時(shí)長(cháng)來(lái)獲得更大的增益.但是相對于相干累積而言,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算:
(4)
式(4)中第二項為非相干累積所帶來(lái)的平方損失項，n為非相干累積的次數，直接決定非相干累積的持續時(shí)間，在給定檢測概率Pd=0.9和虛警概率Pfa=1e-7時(shí)Dc(1)約等于21。
3 高性能GPS低噪聲放大器對系統性能的提升
如圖1所示，傳統的GPS系統解決方案為GPS貼片電感直接與GPS接收IC相連接，該方案具有BOM成本低，占用手機內部空間小，布線(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但不可忽視的是，該方案的性能指標受到了一定的限制。由于手機內部和周邊環(huán)境的射頻干擾非常嘈雜，GPS接收IC往往會(huì )受其影響而導致接收性能下降；除此之外，由于受手機PCB布線(xiàn)局限，GPS貼片天線(xiàn)一般距離接收IC較遠，兩者之間的PCB走線(xiàn)插損也對系統性能造成了不可忽視的影響。
圖1傳統的GPS系統解決方案和改進(jìn)方案對比
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的干擾，低噪聲放大器則進(jìn)一步降低了系統的噪聲系數，有效的提高了系統性能。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，相對于傳統方案，AW5005極為有效的提高了GPS系統性能，降低了復雜射頻環(huán)境下的GPS系統設計難度。
圖2所示為沒(méi)有AW5005和加入AW5005的GPS系統在不同靈敏度下的首次定位時(shí)間TTFF的區別。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TTFF遠遠小于缺少AW5005的GPS系統。
圖2沒(méi)有/加入AW5005前端模塊的GPS系統在不同靈敏度下的TTFF
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