1、接收天线11.接收天线：GPS 接收机处理卫星信号的首个部件。它将接收到的 GPS 卫星所发射的电磁波信号转化成电压或电流信号，以供接收机射频前端摄取与处理。一、自由空间传播公式：1.GPS 卫星对调制有 C/A 码的 L1 载波信号的发射功率为 26.8W。所谓的信号及其功率是指载波信号及其功率，伪码与数据吗体现为信息而非能量。2.为了提高信号发射功率，卫星天线在设计上通常使其信号发射具有一定的指向功能，即原本散发到天线四周各个方向上的信号功率被集中起来朝向地球发射，天线的这种指向性称为增益，在不同方向上，天线有着不同大小的增益值。电磁波能量的自由空间传播3.接收天线单位面积上所拦截的卫星信
2、号功率【功率流密度】： ； :卫星2=4TPGd信号的发射功率； 卫星天线在某一方向上的增益； 为卫星与接收点的距离。TGd4.用来接收信号的接收天线也有一定的指向性：若接收天线在某一方向上的有效接收面积为 ，则接收天线的相应增益为 , 为信号波长。在信号发射端：RA24RA24TG接收天线25.天线设计的基本规则：天线越大。增益越高。对同一天线，载波信号的波长越短或频率越高，则天线增益就越高。6.在接受点 R 处卫星的信号功率流密度为 ，有效接收面积为 ，所以在接收点 RRA处的接收天线所接收到的卫星信号功率为 ：反映信号的绝对强度。通常用接收机所支持RP的最低接收信号功率值来衡量接收机的信
3、号捕获与跟踪灵敏度。7.自由空间传播公式. ;将上式用分贝表示【链路功224TRTRRGAd率】 ; 表示自由空间传播损耗，其与传20lgRTPGL0lg播距离有关，仰角为 的卫星离地面观察点约为 20190km，仰角为的 卫星离地面观察9 0点约为 25785km，所以在这两个观察点处观察同一颗卫星时，不同长短的传播距离会造成约 2.1dB 的信号接收功率差异。作为 CDMA 系统的一种，GPS 希望不同仰角方向上的各个卫星信号在到达地面时有着大体相胡接近的信号接收强度，以降低接收机处理信号时发生相互干扰的可能性。为了补偿由于不同长短的传播距离会造成的信号接收功率差异，卫星天线在设计上让其信
4、号发射中心方向上的增益略小于周边的增益。在 GPS 卫星天线增益模式和信号传播距离的双重作用下，地面上接收到的卫星信号功率在卫星仰角大约为 时40最强。卫星天线只要 的 角就能将其信号覆盖全球。在实际中，卫星天线发射 L113.8载波信号的 角为 ，于是在高空中飞行的飞机也能接受到 GPS 卫星信号。 表示约2 AL为 2dB 的大气损耗。二、信噪比与载噪比1.信号接收功率的强弱并不能完整的用来描述信号的清晰程度或者质量好坏。通常用信噪比来衡量。 .没有单位。RPSN2.由于带电粒子的热运动会形成热噪声。通常将噪声功率 N 用一个大小相同的热噪声功率所对应的噪声温度 T 来等价的描述： : 表
5、示噪声带宽：其通常指代单边频nNkTB谱带宽值。k=1.38 。N 与 SNR 均与噪声带宽有关。所以在给出信噪比时，一2310/JK定要指出其所用的噪声带宽值。3.载噪比： ,其大小与接收机所采用的噪声带宽有关，这有利于不同接收机之间0C的性能比较。 ,； ；通常将 称为噪声频谱功率密度， 用来强调RP0kT0212此噪声频谱功率密度指代单边。4.噪声功率 002nnnNkBB5.信噪比与载噪比的关系 ； 的典型值为-205dBW/Hz 。0nCSR0N6.环境温度的默认值：290K（ 16.85 摄氏度） 。若以此作为噪声基低，则在 2MHz 带宽接收天线3内的噪声功率一般为-141dBW
6、。7.以 表示噪声带宽的噪声称为噪声基低。nB8.由于射频元器件本身也会造成热噪声，所以在射频前端信号处理过程中，除了噪声带宽逐级变窄以外，另一个变化是信号中的噪声温度会逐级上升，以至于形成射频前端损耗。所以载噪比等于以 dBW 为单位的接收信号功率减去 再减去以 dB 为单位的射频前0N端损耗 00RfeCNPL三 、串联器件的噪声指数1.噪声指数 用来衡量某一电子器件的噪声性能 ,其定义为信号在进入这一器件前F和从该器件输出后的载噪比变化倍数。2.假定输入信号的噪声温度为 290k 的环境室温，则器件的噪声指数 F没有单位与其噪声温度 T 之间的关系： 。噪声指数（噪声温度）属于一个元器件
7、的固有2901T特性。3.射频元器件的功率放大倍数【增益】 。对于无源器件：增益 G 小于 1；损耗 L 大于 1.增益与损耗互为倒数。电缆损耗与电缆的长度成正比，越粗的电缆通常具有越低的电缆损耗。对于无源器件:噪声指数 F 等于其损耗 L。 。2901T串联器件的噪声分析表示天际背景噪声、太阳辐射、地面发射等所有从外界进入接收天线的噪声温度；aT接收天线4电缆线的损耗为 L；器件 i 的噪声温度与增益分别为 。,iTGA 点处接收到的信号功率尚未受到任何线路、器件的损耗或者放大。即 A 点处的信号功率直接等与接收到的功率 。RP将电缆之后的串联器件的总噪声温度折换到 B 处的等效噪声温度。弗
8、莱斯公式：。此式表示一个串联器件系统中的首级器件的噪声性能尤为重要，他32112t TTG的噪声温度通常会主导整个串联器件系统的噪声温度，而后面的器件的噪声温度经折算后会被缩小，缩小的倍数等于它前面几级器件的增益之积。A 处的等效噪声温度 ；901r tTLTA 处的总噪声温度 。ar4、右旋圆极化1.电磁波的极化方式定义为其电场强度矢量的方向，极化是电场强度矢量的终端随着时间变化在一个与电磁波传播方向垂直的静止截面上所做的运动轨迹的几何图形。电磁波极化分为线极化、圆极化、椭圆极化。2.在圆极化、椭圆极化中，电场强度矢量的旋转方向有两种：判断方法如下：将右手大拇指指向电磁波的传播方向，若其余四
9、指的方向与电场强度矢量的旋转方向一致，则称为右旋极化（RHCP） ，否则称为左旋极化(LHCP)。3.GPS 卫星所发射的 GPS 载波信号是一种右旋圆极化波。4.如果信号的入射角大于一个有反射界面的电磁特性的所决定的布儒斯特角。那么右旋极化的入射角经反射后会变成左旋极化。左旋极化的经反射后会变成右旋极化。接收天线55.GPS 信号经过奇数次反射之后变成左旋圆极化；经过偶数次反射后仍为右旋圆极化。GPS 发射信号一般不再成严格的圆极化，而是椭圆极化。而且每次反射通常会引起信号的载波相位变化。1806.什么样极化形式的天线可以用来发射出什么样极化形式的信号。为使接收信号具有最高的信号接收效率，接
10、收天线的极化形式必须与接收信号的极化形式相一致。7.圆极化信号的好处：消除了调整圆极化天线方向的必要性。使得圆极化非常适宜于包含有动态性用户的 GPS 系统。8.GPS 信号的极化特征在多路茎抑制的应用价值：GPS 信号的极化方式经过反射后会发生改变，所以根据实际接收到的 GPS 卫星信号的极化情况，可以大致推断出该信号是否遭到了反射以及反射的次数，并以此作为抑制多路径的根据。9.左旋天线接收到的低仰角 GPS 卫星信号的功率较强，所以低仰角信号比高仰角信号更可能是反射信号。10.一个多路径抑制性能较好的天线应该具有较轻的抵制接收左旋圆极化信号的能力。11.GPS 信号经过偶数次反射后的信号功
11、率比经奇数次反射后的信号功率弱。所以危害相对较小。5、天线种类1.为提高信号接收能力和抗干扰能力，天线在设计上必须具有适于系统的良好的增益分布。2.等向性天线总能均匀地接收到各个卫星上的可见卫星信号。减少天线对地平线一线空间方向上的增益有助于降低对反射信号的接收。3.多路径抑制天线主要设计原理：减少低仰角方向上的天线增益。4.为使不同卫星信号的接收功率之间差异不大，接收天线在设计上应尽量减少其在各个不同方式向上的增益变动。5.天线尺寸越大，接收效果越好：增益 带宽 体积=常数。6.LNA有 源 天 线 ： 安 装 有 一 个 内 置 的 低 噪 声 放 大 器 ，以 降 低 随 后 的 电 缆 等 损 耗 对 信 噪 比 的 影 响 。接 收 天 线 其 是 从 接 收 机 那 里 获 得 电 源 。无 源 天 线 ： 没 有 低 噪 声 放 大 器 。7.强度微弱的 GPS 卫星信号应当尽可能的先在紧靠天线的一端获得功率放大，以改善整个接收系统的噪声性能。所以 GPS 接收机往往采用有源天线。8.为改善卫星的可见度和提高接收机的灵敏度，有源天线一般采用外置的方式。接收天线69.因为 GPS 测量值是相对于接收天线的零相位中心位置点而言的，所以为了降低 GPS测量误差。天线的零相位中心点应保持稳定，并尽量接近天线的几何中心位置。
