GPS天線原理解析

在GPS天線單元設(shè)計(jì)中采用了高頻、低噪聲放大器，以減弱GPS天線熱噪聲及前面幾級(jí)單元電路對(duì)接收機(jī)性能的影響;在GPS天線原理中利用GPS衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位時(shí)，用戶接收機(jī)的主要任務(wù)是提取衛(wèi)星信號(hào)中的偽隨機(jī)噪聲碼和數(shù)據(jù)碼，以進(jìn)一步解算得到接收機(jī)載體的位置、速度和時(shí)間(PVT)等導(dǎo)航信息。因此，GPS接收機(jī)是至關(guān)重要的用戶設(shè)備。

　　目前實(shí)際應(yīng)用的GPS接收機(jī)電路一般由天線單元、射頻單元、通信單元和解算單元等四部分組成，本文在分析GPS衛(wèi)星信號(hào)組成的基礎(chǔ)上，給出了射頻前端GP2010的原理及應(yīng)用。

　　一、GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成

　　GPS衛(wèi)星信號(hào)采用典型的碼分多址(CDMA)調(diào)制技術(shù)進(jìn)行合成，其完整信號(hào)主要包括載波、偽隨機(jī)碼和數(shù)據(jù)碼等三種分量。信號(hào)載波處于L波段，兩載波的中心頻率分別記作L1和L2。衛(wèi)星信號(hào)參考時(shí)鐘頻率f0為10.23MHz，信號(hào)載波L1的中心頻率為f0的154倍頻，即：

　　fL1=154×f0=1575.42MHz (1)

　　其波長(zhǎng)λ1=19.03cm;信號(hào)載波L2的中心頻率為f0的120倍頻，即：

　　fL2=120×f0=1227.60MHz (2)

　　二、GPS天線原理解析

　　其波長(zhǎng)λ2=24.42cm。兩載波的頻率差為347.82MHz，大約是L2的28.3%，這樣選擇載波頻率便于測(cè)得或消除導(dǎo)航信號(hào)從GPS衛(wèi)星傳播至接收機(jī)時(shí)由于電離層效應(yīng)而引起的傳播延遲誤差。偽隨機(jī)噪聲碼(PRN)即測(cè)距碼主要有精測(cè)距碼(P碼)和粗測(cè)距碼(C/A碼)兩種。其中P碼的碼率為10.23MHz、C/A碼的碼率為1.023MHz。數(shù)據(jù)碼是GPS衛(wèi)星以二進(jìn)制形式發(fā)送給用戶接收機(jī)的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，又叫導(dǎo)航電文或D碼，它主要包括衛(wèi)星歷、衛(wèi)星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態(tài)信息、C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息和全部衛(wèi)星的概略星歷;總電文由1500位組成，分為5個(gè)子幀，每個(gè)子幀在6s內(nèi)發(fā)射10個(gè)字，每個(gè)字30位，共計(jì)300位，因此數(shù)據(jù)碼的波特率為50bps。