GPS接收机的灵敏度分析

手持GPS接受机定位精度分析及提高方法探讨手持GPS接受机定位精度分析及提高方法探讨【摘要】通过对手持GPS接收机的定位原理和影响因素入手，对其定位精度进行了系统的分析研究,并在此基础上对提高定位精度的均值法进行了验证。

结果表明：1）在一定程度上，连续观测时间越长,其定位精度越高;2）均值法可以很好的提高定位精度。

【关键词】接收机定位精度均值法A hand—held GPS receiver location accuracy analysis and improving methodZhang Bo Lin(The first team of Coalfield Berean of Henan Province Xinzheng 451150 China)Abstract：We studied the positioning precision through the positioning principle and influence factors of the handheld GPS receiver, and on this basis we verfied the mean value method that is used to improve the positioning accuracy. The results show that: 1) to some extent, the continuous observation time is longer, the higher positioning precision ； 2) the averaging method can well improve the positioning precision。

Key words:receiver positioning accuracy averaging method中图分类号:P228。

1 GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展，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、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。

目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。

GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉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。

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、捕捉、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（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为：（1）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：（2）GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。

接收机灵敏度分析
噪声性能是影响接收机灵敏度的关键因素之一、在接收机的前端，会存在各种噪声源，包括热噪声、放大器的噪声等。

热噪声是由于接收机系统中的电阻上的热运动所引起的，它是一个与频率无关的噪声源，可以通过降低系统的温度来减小热噪声。

而放大器的噪声主要来自于放大器自身的噪声系数，噪声系数越小，接收机的灵敏度就越高。

因此，要提高接收机的灵敏度，需要在设计中降低噪声源，并提高放大器的噪声系数。

增益控制技术也对接收机的灵敏度有很大影响。

在接收机中，信号会经过多个放大器进行放大，每个放大器的增益都会对接收机的灵敏度产生影响。

一般来说，增益越大，接收机的灵敏度就越高。

但是，过大的增益也会带来一些问题，比如增加了噪声源的放大、增加了信号的非线性失真等。

所以，在接收机设计中需要合理选择放大器的增益，避免灵敏度过高导致系统性能下降。

射频前端的设计也是接收机灵敏度分析的重要方面之一、射频前端是指接收机的前置放大器、滤波器、混频器等部分。

合理设计射频前端可以提高接收机的灵敏度。

在射频前端设计中，要尽量减小信号的损耗，提高信号的输入功率。

同时，还要设计适当的滤波器来抑制杂散信号，提高接收机对目标信号的检测和区分能力。

另外，混频器的选择和设计也是必不可少的一环，它是将高频信号转换为中频信号的关键组件，直接影响到接收机的灵敏度和动态范围。

总的来说，接收机灵敏度的分析需要综合考虑噪声性能、增益控制技术和射频前端的设计等方面。

通过合理的设计和调整，可以提高接收机的灵敏度，实现更远距离、更高质量和更大容量的无线通信。

GPS相关知识整理一、何为热启动、暖启动和冷启动。

1.热启动就是GPS关闭不久后的再开启，相当于是卫星收讯不佳、失联，再度获取定位的时间。

2.暖启动就是一般开机，包括GPS 自我测试、取得精确星历至定位完成，就是有星历资料[Almanac]，没有导航讯息[Current Ephemeris (nav message) ]，其前提是离上次关机移动距离在100公里内、速率在25m/sec 下。

3.冷启动开机后GPS接收器需执行一连串如下载星历等的初始化动作，也称为初始值。

所以不管什么开机，可能情形就是……完全没有资料…有星历，但没正确时间或所在位置…有星历、时间、位置，而且短暂定位资料尚未过期…关机前不久已定位完成(两小时内)，有足够资料二、GPS的TTFF和C/N、C/No值1.所谓TTFF 就是Time To First Fix 的简称2.C/N值，指GPS接收机收到的GPS卫星信号的强度值，用以标明GPS接收机的品质，跟接收天线、LNA设计、系统EMC等均相关。

C/N包括一切噪音。

C/No=10* Log(C/KTB)﹐不包括天線到Correlator的PATH LOSS及LNA等線路引進的噪音。

C是指信號強度﹐K是指波爾茲蔓常數﹐T是溫度﹐B是等效噪音帶寬。

C/N的計算公式與C/No公式是一樣的﹐只是C/N中包含了接收機本身影響。

三、GPS接受能力的分析（灵敏度）。

dBm（1毫瓦的分贝数）dBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。

[例] 如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例] 对于0.01mW的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10log（0.01/1）=-20dBm。

这个数值越大，表明信号越好。

由于GPS信号强度一般较小，折算成为dBm一般都是负数根据上面对C/N、C/No值的解释，可以得出同dBm下，C/N、C/No值越大，模块性能越好。

GPS相关知识整理一、何为热启动、暖启动和冷启动。

1.热启动就是GPS关闭不久后的再开启，相当于是卫星收讯不佳、失联，再度获取定位的时间。

2.暖启动就是一般开机，包括GPS 自我测试、取得精确星历至定位完成，就是有星历资料[Almanac]，没有导航讯息[Current Ephemeris (nav message) ]，其前提是离上次关机移动距离在100公里内、速率在25m/sec 下。

3.冷启动开机后GPS接收器需执行一连串如下载星历等的初始化动作，也称为初始值。

所以不管什么开机，可能情形就是……完全没有资料…有星历，但没正确时间或所在位置…有星历、时间、位置，而且短暂定位资料尚未过期…关机前不久已定位完成(两小时内)，有足够资料二、GPS的TTFF和C/N、C/No值1.所谓TTFF 就是Time To First Fix 的简称2.C/N值，指GPS接收机收到的GPS卫星信号的强度值，用以标明GPS接收机的品质，跟接收天线、LNA设计、系统EMC等均相关。

C/N包括一切噪音。

C/No=10* Log(C/KTB)﹐不包括天線到Correlator的PATH LOSS及LNA等線路引進的噪音。

C是指信號強度﹐K是指波爾茲蔓常數﹐T是溫度﹐B是等效噪音帶寬。

C/N的計算公式與C/No公式是一樣的﹐只是C/N中包含了接收機本身影響。

三、GPS接受能力的分析（灵敏度）。

dBm（1毫瓦的分贝数）dBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。

[例] 如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。

[例] 对于0.01mW的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10log（0.01/1）=-20dBm。

这个数值越大，表明信号越好。

由于GPS信号强度一般较小，折算成为dBm一般都是负数根据上面对C/N、C/No值的解释，可以得出同dBm下，C/N、C/No值越大，模块性能越好。

GPS全球定位系统工作原理和精度分析引言：全球定位系统（GPS）是一种利用地球上的卫星系统来确定和跟踪目标位置的技术。

它的原理是利用地面接收器接收来自卫星的信号，并通过运算来计算目标的位置坐标。

本文将介绍GPS的工作原理和精度分析。

一、GPS的工作原理GPS系统由三个基本组件组成：卫星系统、控制系统和用户接收器。

1.1 卫星系统GPS系统使用24颗工作卫星，它们均匀分布在地球的轨道上，确保在任何时间和任何地点都能接收到至少4颗卫星的信号。

这些卫星以恒定的速度绕地球运行，并以精确的时间间隔发射信号。

1.2 控制系统GPS系统的控制系统由地面站组成，负责监控和维护卫星的运行状态。

地面站通过精确的测量和计算，提供卫星的轨道参数和钟差数据，以确保卫星信号的准确性。

1.3 用户接收器用户接收器是GPS系统的最后一个组件，用于接收来自卫星的信号，并利用这些信号计算目标的位置。

用户接收器通常由天线、接收器和计算模块组成。

它通过测量卫星信号的到达时间差来计算目标的位置。

用户接收器通过接收至少4颗卫星的信号来确定三维坐标，并通过对这些信号的计算来获取目标的精确位置。

二、GPS的精度分析GPS系统的精度可以受到多种因素的影响。

以下是一些主要因素：2.1 卫星几何卫星几何是指卫星的相对位置和高度。

如果卫星分布很均匀，覆盖范围广，GPS系统的精度就会更高。

2.2 天气条件恶劣的天气条件，如大雨、大雪或浓雾，会影响GPS信号的传播和接收。

此外，太阳活动也可能干扰GPS系统的信号传输，导致精度下降。

2.3 接收器性能用户接收器的性能也会对GPS的精度产生影响。

高质量的接收器通常具有更好的灵敏度和抗干扰能力，能够提供更准确的测量结果。

2.4 接收器位置用户接收器的位置也对GPS系统的精度产生影响。

建筑物、树木或其他遮挡物可能阻挡卫星信号的接收，从而影响GPS定位的准确性。

2.5 信号传播延迟GPS信号在通过大气层时会受到传播延迟的影响。

全球定位系统设备的精度评估与校正方法全球定位系统（Global Positioning System, GPS）是一种通过卫星定位技术来确定地理位置的系统。

随着技术的不断发展，GPS设备在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。

人们常常使用GPS设备导航行驶、追踪物品、甚至用于军事等方面。

然而，准确的定位对于许多应用来说至关重要，因此我们需要评估和校正GPS设备的精度。

本文将介绍一些常用的GPS精度评估和校正方法。

在评估GPS设备的精度之前，首先需要了解GPS定位误差的来源。

GPS定位误差主要包括卫星钟差、大气延迟、接收机钟差、多径效应、几何精度等因素。

这些因素可以互相影响，并对定位的精度产生不同程度的影响。

一种常用的GPS精度评估方法是对同一位置进行多次测量，并计算出平均误差。

例如，可以在一个固定位置上放置GPS设备，然后进行一系列连续的定位测量。

通过对这些测量结果进行统计分析，可以得到GPS设备的平均定位误差。

这种方法可以帮助我们了解GPS设备的整体性能，但它并不能提供对不同位置的定位精度的具体信息。

为了更准确地评估GPS设备的定位精度，我们可以使用多点校正法。

这种方法要求我们在不同的位置上进行测量，并记录下每个位置的实际坐标。

然后，将这些实际坐标与GPS设备测量得到的坐标进行比较，计算出定位误差。

通过分析这些误差数据，我们可以确定GPS设备在不同位置上的定位精度，并进一步优化校正方法。

这种方法的优势在于可以提供更为细致的定位精度信息，从而帮助我们更好地理解GPS设备的定位性能。

除了评估GPS设备的精度，我们还需要校正GPS设备的误差。

一种常用的校正方法是差分定位法。

差分定位法通过将一个已知位置的GPS设备与待测设备进行对比测量，从而消除定位误差。

具体而言，我们可以将一个高精度的GPS设备称为参考站，将待测设备称为流动站。

参考站和流动站同时进行测量，参考站记录下其实际坐标以及接收到的GPS信号数据。

GPS手持机单点定位精度分析一、实验目的：(1).进一步熟悉Juno SB手持GPS接收机的使用。

(2).熟悉数据字典的创建与使用。

(3).实际体验并分析单点定位的精度，分析点与线数据采集的精度。

二、实验设备：Juno SB手持GPS接收机三、实验内容与步骤：（一）、创建并上传数据字典，并熟悉属性的记录。

（二）、进行点要素的采集在一个开阔地方（同一个点）进行连续数据采集，GPS接收机收到4颗以上卫星时开始存点，每隔10秒存一个点，存7分钟的点位坐标（约采集42个点），记住存的点号。

（三）、进行线要素的采集在一个开阔地方对同一条直线进行连续数据采集，利用皮尺测量45m，作为已知边长。

对同一条线采集起点坐标后暂停，然后走到末端点，采集一个坐标作为端点坐标，输入属性数据，结束该直线的采集。

对这条直线，采用相同的采集方法，连续采集10次。

（四）、精度分析1、点要素精度分析A、将点要素的数据导入到arcview中，如下图：图一该数据如下：表一B、将数据导入Excel中，并计算横、纵坐标的平均值、最大值、最小值、方差。

2、线要素精度分析A、将线要素的数据导入到arcview中，如下图：图二数据如下图：表二B、将数据导入Excel中，计算直线长度的平均值、最大值、最小值、与已知长度的绝对误差、相对误差。

绝对误差与相对误差公式如下：a、绝对误差=观测值-真实值b、相对误差=（观测值-真实值）/真实C、由于在测量的过程中，出现操作失误，选取的有效线条进行计算。

四、实验结果分析1．点要素的平均值、最大值、最小值及方差如下表格：2.点要素的结果分析：在做实验的过程中有好几个点与实际测量点的距离差了很多（如图一），横纵坐标的最大值与最小值的差别比较大，同时方差也比较大。

这是由于在实验过程中不同时间卫星定位的数据之间有所偏差，每次操作时记录的点位之间有所偏差。

对实验产生了误差。

3.线要素的实验结果如下：线要素的数据如表二，但由于操作上的失误，选取六条比较接近实际测量的线进行分析。

导航接收机指标分析及测试导航接收机是导航系统中的重要组成部分，它可以接收来自卫星的导航信号，并通过信号处理和解算处理，计算出准确的位置、速度和时间信息。

导航接收机的性能指标对于导航系统的精度和性能至关重要，因此进行指标分析和测试是必不可少的。

首先，导航接收机的灵敏度是一个重要的指标。

灵敏度表示接收机能够接收到的最小有效信号功率。

导航卫星发射的信号非常微弱，所以接收机的灵敏度必须足够高，以便在低信噪比环境下可靠地接收到信号。

为了测试导航接收机的灵敏度，可以使用各种信号源模拟低信噪比环境，通过逐步降低信号功率，观察接收机的工作情况，找出其最低可接收信号功率。

其次，导航接收机的定位精度是另一个重要的指标。

定位精度表示接收机根据接收信号计算出的位置与真实位置之间的误差。

为了评估接收机的定位精度，可以使用精确的位置测量仪器作为参考，通过与接收机计算出的位置进行对比，计算出定位误差。

此外，还可以使用卫星导航系统的辅助信息进行定位校准，如地面测量点坐标、差分GPS技术等，提高定位精度。

第三，导航接收机的跟踪性能也是需要测试的指标之一、跟踪性能表示接收机在快速移动或者多路径干扰环境中跟踪导航信号的能力。

跟踪性能包括跟踪卫星数目、跟踪信噪比和跟踪灵敏度等方面。

为了评估导航接收机的跟踪性能，可以使用不同方向运动的模拟器来模拟快速移动的情况，利用不同强度的干扰信号来模拟多路径干扰的情况，观察接收机的跟踪情况。

最后，导航接收机的时钟精度也是一个需要测试的指标。

时钟精度表示接收机计算时间的准确性。

为了测试时钟精度，可以使用精确的时间信号源作为参考，通过与接收机计算的时间进行比较，评估时钟的准确性。

总结来说，导航接收机的性能指标包括灵敏度、定位精度、跟踪性能和时钟精度等。

测试这些指标可以通过模拟各种环境条件、使用精确的参考测量设备和信号源，来评估接收机的性能和指标是否达到要求。

只有通过全面的指标分析和测试，才能确保导航接收机的良好性能，提高导航系统的精度和可靠性。

接收灵敏度原理算法接收灵敏度是检验基站接收机接收微弱信号的能力，它是制约基站上行作用距离的决定性技术指标，也是RCR STD-28协议中，空中接口标准要求测试的技术指标之一。

合理地确定接收灵敏度直接地决定了大基站射频收发信机的性能及其可实现性。

它是对CSL系统的接收系统总体性能的定量衡量。

接收灵敏度是指在确保误比特率（BER）不超过某一特定值的情况下，在用户终端天线端口测得的最小接收功率，这里BER通常取为0.01。

接收机的接收灵敏度可以用下列推导得出：根据噪声系数的定义，输入信噪比应为：(S/N)i=NF(S/N)o其中NF为噪声系数，输入噪声功率Ni=kTB。

当(S/N)o为满足误码率小于10-2时，即噪声门限，则输入信号的功率Si即为接收灵敏度：Si=kTBNFSYS(S/N)o （1）其中：k：波尔兹曼常数（1.38×10-23 J/K）；T：绝对温度（K）；B：噪声带宽（Hz）；NFSYS：收信机噪声系数；(S/N)o：噪声门限。

k、T为常数，故接收机灵敏度以对数形式表示，则有：Si=-174dBm+10lg B+ NFSYS+(S/N)o （2）举例来说，对于一个噪声系数为3dB的PHS系统，其带宽计为300KHz，如果系统灵敏度为-107dBm，则该系统的噪声门限为：(S/N)o=174-107-10lg(3×105)-3=9.2从以上公式可以看出为提高接收机灵敏度也即使Si小，可以从两个方面着手，一是降低系统噪声系数，另一个是使噪声门限尽可能的小。

π/4DQPSK有三种解调方式：基带差分检测、中频差分检测、鉴频器检测。

可以证明[1]三种非相干解调方式是等价的，我们以基带差分检测为例进行分析。

在具有理想传输特性的稳态高斯信道，基带差分检测的误比特率曲线表示于图1实线[2]所示，由图可以查出在误比特率BER为0.01时，噪声门限(S/N)o为6dB，对于上述例子来说，其噪声门限还有可以再开发的潜力。