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GPS接收机射频前端电路原理与设计说明

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GPS 接收机射频前端电路原理与设计摘要:在天线单元设计中采纳了高频、低噪声放大器,以减弱天线热噪声与前面几级单元电路对接收机性能的影响;基于超外差式电路结构、镜频抑制和信道选择原理,选用GP2024 芯片实现了射频单元的三级变频方案,并介绍了高稳定度本振荡信号的合成和采样量化器的工作原理,得到了导航电文相关提取所需要的二进制数字中频卫星信号。关键词:GPS 接收机灵敏度超外差锁相环频率合成利用 GPS 卫星实现导航定位时,用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码,以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间(PVT)等导航信息。因此,GPS 接收机是至关重要的用户设备。目前实际应用的 GPS 接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成,如图 1 所示。本文在分析 GPS卫星信号组成的基础上,给出了射频前端 GP2024 的原理与应用。1 GPS 卫星信号的组成GPS 卫星信号采纳典型的码分多址(CDMA)调制技术进行合成(如图 2 所示),其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种重量。信号载波处于 L 波段,两载波的中心频率分别记作 L1 和 L2。卫星信号参考时钟频率 f0 为 10.23MHz,信号载波 L1 的中心频率为 f0 的 154 倍频,即: fL1=154×f0=1575.42MHz (1) 其波长 λ1=19.03cm;信号载波 L2 的中心频率为 f0 的 120 倍频,即: fL2=120×f0=1227.60MHz (2) 其波长 λ2=24.42cm。两载波的频率差为 347.82MHz,大约是 L2 的 28.3%,这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从 GPS 卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码(PRN)即测距码主要有精测距码(P 码)和粗测距码(C/A 码)两种。其中 P 码的码率为 10.23MHz、C/A 码的码率为 1.023MHz。数据码是 GPS 卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据,又叫导航电文或 D 码,它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A 码转换到捕获 P 码的信息和全部卫星的概略星历;总电文由 1500 位组成,分为 5个子帧,每个子帧在 6s 发射 10 个字,每个字 30 位,共计 300 位,因此数据码的波特率为50bps。数据码和两种伪随机码分别以同相和正交方式调制在 L1 载波上,而在 L2 载波上只用 P 码进行双相调制,因此 L1 和L2 的完整卫星信号分别为:SL1(t)=AcCi(t)Di(t)sin(ωL1t+φc...

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