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GPS 接收机的灵敏度分析 The Analysis on the Sensitivity of GPS Receiver 深圳市华颖锐兴科技有限公司 摘要：GPS 接收机的灵敏度是影响GPS 应用范围的非常关键的指标，目前业界纷纷推出高 灵敏度的GPS 接收系统，使得GPS 的室内定位成为可能，大大拓展了GPS 的应用场景。本 文对GPS 接收机的灵敏度性能进行原理性分析，并给出了设计高灵敏度GPS 接收模块的建 议。 关键词：GPS 高灵敏度 接收机设计 Abstract: High sensitivity is a key feature for GPS receiver to extend its application field. A lot of high sensitivity GPS receiver chipsets has been put forward in the industry, making the indoor positioning possible. This paper analyzes the principle of the high sensitivity from both RF part and baseband part, and gives some advices on the design of high sensitivity GPS receiver. Key words: GPS, High Sensitivity, Receiver Design 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： λ 2 0.19 −19 F ( ) ( 7 ) ≈5.73×10 ≈182.4dB (1) 4πR 4π×2 ×10 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： PC/A P −F −A 26.8 −182.4 −2.0 −157.6dBw (2) GPS ICD （Interface Con