定位技术3 接收机原理构成

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Jun 20, 2023

一、接收机天线与前端(硬件)

💡

GPS信号功率小加上接收机有热噪声，所以GPS淹没在噪声中。接收机要从噪声中提取有用信号。

1.L1段接收前端

天线

本振

混频

滤波器

模数转换

2.天线

1️⃣天线增益方向图

💡

gps接收机天线基本要求：

接收地平线5°仰角上全部卫星信号。(避免射频干扰，多径。同时保证收到尽可能多卫星信号，还有高仰角与低仰角组合提高精度)

接收机收到卫星强度差不多

5°以上方向性尽可能均匀

5°以内旁瓣与尾瓣尽可能小

双频段或多频段天线(同时接收gps,北斗)

2️⃣极化⭐

💡

极化概念：电磁波传播过程中电场矢量方向。

💡

接收天线极化要与来波极化一致，才能最大限度接受信号。

💡

避免交叉极化

为什么GPS卫星和接收机都用右旋圆极化波?⭐⭐⭐

抑制多径效应（因为出现多径反射一次右旋就变左旋，用右旋接受抑制多径效应，避免交叉极化）

左旋收到低仰角卫星信号功率强，为抑制多径效应选择右旋。

在地球遥感中左右旋都用

3.本振和混频

本振和射频信号频率相差不大

需要的是差频信号，也就是我们需要的中频信号。嫑和频信号，所以混频后要接低通或带通滤波器。

GPS混频后中心频率变为中频（50MHz）上，频谱信息未破坏。

为什么移到中频?

低中频电路便宜

低频品质因数容易达到

抑制自激

品质因数：中心频率/带宽

为什么用射频传输?

损耗小

频率高，信道容量大

频率越高，波长越小，发射机，接收机才能做得小

4.模数转换器

性能指标

分辨率（由比特数决定，n位ADC,分辨率2ⁿ ）

采样率大于输入信号频率两倍，大于两倍信号带宽（2MHz×2）,一般至少5MHz以上。同时避免和C/A码码率同步，采样频率避免为1.023M±6.32Hz。

幅度

带宽

功耗

💡

过采样帮助抵制频谱混叠发生，但增加能耗，运算量

💡

ADC引入量化误差，增加位数降低量化误差。大多数接收机ADC位数不多于4位，因为多于4位对误差减小影响不大。

💡

充分利用ADC多位资源，需配置AGC自动增益控制(射频前端最后一个增益原件)，使中频幅值为一个常数

二、软件解算流程（软件）

1.接收机要做的事情

天线接受

经射频电路变成中频信号

ADC采样量化变成数字信号

信号捕获

跟踪

子帧对齐

星历提取(包括卫星位置，伪距)

计算卫星位置

计算接收机位置(通过卫星位置和伪距)

2.软件部分各模块

1️⃣捕获

要从嘈杂信号中捕获如下信息：

信号PRN编号

接收信号C/A码码片相位

多普勒频移

2️⃣跟踪

对捕获的码片相位和多普勒频移细化

信号特征变化时对值进行跟踪

分为码跟踪，载波跟踪（同时进行）

3️⃣导航数据提取

去除载波和C/A码，只留下导航电文数据。

20ms一次积分，得到1bit数据值，经子帧鉴别可得导航数据。确定卫星位置和伪距。

4️⃣位置解算

可通过最小二乘法或者卡尔曼滤波法得到用户位置，速度，时间。