基于NJ1006的GPS接收机射频前端电路设计

Satelliteclassroom卫星课堂卫星导航系统接收机原理与设计——之一(上）+刘天雄第二十四讲概述 Receiver overview全球卫星导航系统简称GNSS（Global Navigation Satellite System）系统，由空间段SS（space segment）、地面控制段CS（control segment）以及用户段US（user segment）三个部分组成，其中用户段US就是咱们手里拿的接收机。

空间段SS的每颗导航卫星连续播发无线电导航信号，简称为SIS信号（Signals In Space），通常是L频段无线电信号，载波信号调制有周期数字码（periodic digital code）和导航电文（Navigation message），周期数字码又称为伪随机噪声测距码，简称PRN（pseudo-random noise code）码。

卫星导航系统定位的基本原理是单向到达时间测距，简称TOA（Time Of Arrival）原理,接收机通过解调导航信号的电文得到卫星的位置坐标，通过测量导航信号从卫星到接收机的传播时间来测距，以导航卫星为球心，信号传播的距离为半径画球面，用户接收机一定在球面上，当接收机分别测量出与四颗导航卫星之间的距离时，四个球面相交于一个点，即用户接收机的位置坐标，如图1所示。

如果是导航仪，接收机根据位置坐标和数字地图的映射关系，可以把定位结果映射到数字地图上，在显示屏上给出地址信息。

根据不同的应用场景，卫星导航接收机可以设计成多种不同状态，从单频（single-frequency）到多频（multi-frequency）、从单系统（single -constellation）到多系统（multi-constellation）、从专业测量型（survey）到一般车载导航型（automotive applications），设计接收机时还需要考虑信号带宽（signal bandwidth）、信号调制（modulation）、伪码速率（code rate）等技术指标，权衡工作性能（performance）、成本（cost）、功耗（power consumption）以及自主性（autonomy）等要求。

宽带接收机前端射频电路设计——可重构射频混频器设计的开题报告一、论文选题背景和研究意义随着通信技术的日新月异，对高速宽带应用的需求不断提高，宽带通信系统的设计也日益变得复杂。

而在宽带通信系统的设计中，宽带接收机前端射频电路是其中的重要组成部分。

射频电路的设计对于整个系统的性能和稳定性具有至关重要的影响。

因此，对宽带接收机前端射频电路的设计研究具有很高的实际意义。

在射频电路的设计中，一个常见的问题是需要对不同频率的信号进行信号处理。

例如，当接收机需要接收多个信号时，需要进行信号的混频处理，将所接收到的信号转换到基带中进行进一步的处理。

此时，混频器成为了关键的组成部分。

然而，不同信号在不同频率下的接收需要不同的混频器，这导致了混频器在设计中具有一定的困难性。

因此，研究可重构射频混频器设计是极为必要的。

二、国内外研究现状目前，国内外对可重构射频混频器的研究已经有了一定的进展。

例如，国外学者设计了一种基于宽带集成技术的可重构射频混频器，该混频器能够在10GHz到20GHz频率范围内实现多种混频功能，具有优异的性能指标。

国内也有许多学者对此进行研究，例如利用CMOS工艺制作低电流混频器的研究，以及利用GaAs工艺实现双模混频器的研究等。

然而，当前射频混频器设计中存在一些问题。

例如，目前使用的混频器在频段扩展和功率要求方面存在局限性，而且实现复杂且成本较高。

因此，需要在混频器设计中寻求新的技术路线，以解决目前存在的问题。

三、研究内容和技术路线本文将研究可重构射频混频器的设计技术，对技术进行一定的探讨和应用。

研究内容如下：1. 初步研究射频混频器的基本理论和相关技术知识，了解射频混频器的工作原理和现有的技术路线。

2. 研究可重构射频混频器的设计方法，通过设计具有可重构性质的混频器，使其能够适应不同频率下的信号处理。

3. 利用软件仿真，优化混频器的设计参数，提高混频器的工作性能。

4. 制作混频器原型，并进行实际测试。

全数控短波接收机前端电路的设计与实现的开题报告一、研究背景随着现代通信技术的不断发展，短波通信已成为国际间、长距离间进行通信的重要方式之一。

为了实现高质量的短波通信，需要具备高品质、高性能的短波接收机。

而接收机的前端电路是影响短波接收机性能的重要因素之一。

因此，本研究选取全数控短波接收机的前端电路作为研究对象，旨在探索高速数字信号处理技术在短波接收机前端电路中的应用及其效果，以提高短波接收机的性能和可靠性。

二、研究内容和目的本课题的主要研究内容是全数控短波接收机的前端电路设计和实现。

具体来说，需要解决以下问题：1.调研当前数控技术在短波接收机前端电路中的应用现状和发展趋势；2.研究全数控短波接收机的前端电路原理及其特点；3.设计数字信号处理电路，完成数字信号的采集、处理，控制信号的生成等功能；4.实现全数控短波接收机前端电路，进行性能测试和优化；5.总结研究成果，提出未来改进的建议。

本课题的目的是，利用高速数字信号处理技术，设计具有高精度、高稳定性的全数控短波接收机前端电路，以实现更好的短波接收效果，提高短波接收机的性能和可靠性。

三、研究方法和技术路线本研究采用的主要研究方法是实验方法和分析方法。

具体研究技术路线如下：1.调研当前数控技术在短波接收机前端电路中的应用现状和发展趋势，分析数字信号处理技术在短波接收机前端电路中的应用优劣；2.基于全数控短波接收机的前端电路原理及其特点，设计数字信号处理电路，完成数字信号的采集、处理，控制信号的生成等功能；3.实现数字信号处理电路，进行成品测试和性能优化；4.通过对实验结果的分析和总结，提出未来改进的建议。

四、可行性分析本课题的实现需要采用数字信号处理技术，利用高速模数转换器（ADC）进行数字信号的采集和处理，并生成相应的控制信号。

同时，需要设计高可靠性、高精度、低噪声的前置放大器和滤波器等电路，以达到较好的短波接收效果。

因此，本课题的实现可行性较高。

双频GPS接收机射频前端建模与仿真于晓丰北京航空航天大学电子信息工程学院电磁兼容实验室北京 100191摘要：根据双频GPS接收机总体指标要求，提出切实可行的前端电路实现方案。

利用ADS仿真软件建立射频接收机的行为级模型，采用S参数、Budget和Envelope仿真器对接收机的信道选择性、噪声系数、三阶截断点、载噪比、幅频特性和动态范围等指标进行计算。

ADS软件的系统仿真功能可以快速有效对模型进行验证，对指导射频接收机的设计具有重要意义。

关键词：射频接收机；系统建模；系统仿真一、引言在射频接收机的设计过程中，用Agilent ADS软件对接收系统进行行为级建模仿真分析，可以了解系统的幅频特性，输出的频谱特性，系统载噪比，非线性等性能指标。

通过行为级建模和仿真能够确定射频接收机各组成模块的技术指标，快捷有效地对接收系统的性能进行验证，对指导射频接收机的设计和验证具有重要的意义。

二、接收机结构及指标分配GPS接收机的任务是，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解调出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的二维位置，位置。

双频GPS卫星信号的射频带宽为20MHz，采用L 频带的两个不同频率的电磁波作为载波信号，分别称为L1载波和L2载波。

其中，L1载波的频率1575MHz，L2载波的频率1227MHz。

2.1双频GPS接收机结构GPS接收机的硬件部分包括射频前端、基带处理器和外围芯片等。

射频前端是GPS 接收机的关键组成部分。

由于天线接收到的GPS卫星信号较弱、干扰频率较多，射频电路要完成对GPS信号的放大、变频、滤波等处理，使其频率、幅值和载噪比(CNR)能够达到对信号进行正确处理的要求。

同时，要求GPS接收机有较高的灵敏度和较小的噪声系数(NF)，并且对带外干扰信号有一定的抑制作用。

射频接收机前端AGC系统的电路设计提纲：一、射频接收机前端AGC系统的基本原理及设计要点二、传统射频接收机前端AGC系统挑战及优化设计技术三、现代射频接收机前端AGC系统设计方法研究四、射频接收机AGC系统的性能评估与实验测量五、未来射频接收机前端AGC系统的发展趋势和展望一、射频接收机前端AGC系统的基本原理及设计要点AGC（Automatic Gain Control）系统是射频接收机的重要组成部分，在信道不稳定的环境下可以实现信号输入电平的自动控制。

其主要功能是控制单位电平内射频前端放大器的信息增益，以确保信号在最佳的动态范围内运行。

射频接收机前端AGC系统的设计要点主要包括信号放大段、包络检波环节、比较环节和控制回路。

其中，信号放大段的设计为AGC系统的核心，关系到整个系统性能的优劣。

当前，射频接收机前端AGC系统的设计主要分为两大类：一类是传统模拟AGC系统，它采用经典的线性控制回路，具有结构简单，功耗低，抗干扰能力强等优点；另一类是数字AGC系统，它基于DSP的现代控制理论，具有精度高，响应速度快等优点。

二、传统射频接收机前端AGC系统挑战及优化设计技术目前，传统AGC系统仍然是射频接收机中最常用的设计方案之一。

然而，传统AGC系统在设计中还存在一些挑战，主要包括信号失真、抗干扰能力不足和高功耗等问题。

为克服这些问题，优化设计技术主要包括：1、引入自适应控制器，利用反馈控制环节提高控制精度和系统鲁棒性，增强系统的稳定性和抗干扰能力。

2、优化模拟电路设计，提高系统带宽、增益平坦度和延时响应特性，并减少失真和噪声干扰。

3、使用低功耗模拟电路设计，降低系统功耗并提高信号处理速度。

三、现代射频接收机前端AGC系统设计方法研究现代射频接收机前端AGC系统采用数字控制理论，利用高速AD/DA转换器实现对系统的数字控制。

其优点在于精度高，控制方便和响应速度快等。

目前，现代AGC系统主要分为三类：1、基于改进的遗传算法和FPGA的AGC系统，该设计主要以FPGA为核心控制器，利用改进的遗传算法实现AGC控制回路，并通过DSP进行算法协调。

第3章GPS卫星轨道的理论和计算我们从第1章了解到，GPS接收机实现定位不但需要有足够数目的可见卫星，而且还要知道这些卫星在空间的准确位置。

为了确定卫星在某一时刻的空间位置，我们必须首先介绍GPS领域经常涉及的空间坐标系。

3.1节将介绍各种空间坐标系及其坐标变换，其重点是WGS-84地心地固坐标系；3.2节将讲解GPS时间系统和与之有关的协调时间时和相对论效应，再简单描述GPS接收机上的晶体振荡器的工作原理及其特性；3.3节将探讨GPS卫星在无摄状态下和开普勒轨道参数，然后介绍GPS卫星播发的星历参数；3.4节将通过一个具体例子详细讲解如何依据卫星星历参数来计算卫星的空间位置；3.5节将继续3.4节中的例子，详细讲解如何利用卫星星历参数来计算卫星的运行速度；最后，3.6节将指出可用来减少计算量的文献轨道插值算法，并给出卫星运动的加速度计算公式。

3.1 空间坐标系我们通常用一个物体在某个空间坐标系中的坐标来描述该物体在空间的位置。

GPS领域经常涉及的空间坐标系统，通常可以分为惯性坐标系和地球坐标系两大类，不同的坐标系对于描述GPS卫星和用户的空间位置有着不同的特点。

为了便于描述空间坐标系统，我们首先介绍几个地理术语。

在如图3.1所示的地球自转示意图中，地球自转轴与地球表面的两个交点称为南极和北极，两者统称为地级。

通过地球质心O（及地心）并与地球自转轴垂直的平面称为赤道面，赤道面与地球表面相交的大圆叫赤道。

包含地球自转轴的任何一个平面都叫子午面，子午面与地球表面相交的大圆叫子午圈，而时圈是以南极和北极为端点的半个子午圈。

图3.1 地心直角惯性坐标系地球不仅自转，而且围绕太阳公转。

地球饶太阳公转的轨道平面与地球表面相交的大圆称为黄道。

在地球上的观测者看来，黄道是太阳相当于地球做的运动轨道在地球表面上的投影。

黄道面与赤道面之间约23.5°的夹角称为黄赤交角，而通过地心且与黄道面垂直的直线跟地球表面的两个交点分别称为南黄极和北黄极。