低信噪比罗兰-C接收机
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航天GPS接收机的低噪声放大器设计文章作者:杨春宝张海云白洁文章类型:设计应用文章加入时间:2004年10月22日0:33文章出处:电子技术应用摘要:介绍一种用于航天GPS接收机的无源微天线的低噪声放大器设计。
内容涉及选择低噪声放大器的输入匹配网络及优化匹配参数;并通过实际测试验证了它在天线中应用的有效性。
实验结果表明性能优于已有的星载GPS接收机天线。
关键词:低噪声放大器航天GPS接收机无源微带天线全球定位系统GPS(Global Postitioning System)是一种无源定位系统,对海陆空天的运动和静止载体都可应用。
研究资料表明,在900km以下的近地轨道,GPS接收机的单点实时定位精度不低于地面的应用水平。
GPS的航天应用正影响着未来航天器系统的结构。
GPS技术在航天器上的应用,对航天器成本、功耗、重量的降低有显著的效果。
GPS能够完成多种传感器完成的功能,测定航天器的航迹、姿态、时间参数及航天器间的相对距离,最终结果可以使航天器上的传感器附件数量减少,增强航天器在轨自主运行的能力[1]。
本航天GPS接收机是L1 C/A码导航型接收机,只接收L1 C/A信号。
对地面应用的接收机,L1 C/A信号的最低接收功率为-160.0dBw[2],有用信号淹没在热噪声信号中。
在LEO轨道,考虑自由空间传播损耗和大气损耗都小于地面应用,所以GPS信号功率比地面大1~7dBw。
接收机接收到的信号经下变频后,在较低的中频频率进行基带处理。
通常无源天线接收的信号强度不满足变频器芯片的输入要求,所以要用低噪声放大器对天线接收信号进行放大。
低噪声放大器要满足增益要求且噪声系数尽量小。
1 LAN设计天线和LAN部分设计的框图如图1所示。
各部门集成在一起,以降低馈线损耗,减小噪声系数。
根据所设计航天GPS接收机的航天应用特点,选用Micropulse1621LW无源天线,它简单、坚固、体积小,适合安装在微小卫星上。
信噪比改善对雷达系统性能的影响一、信噪比概述信噪比(Signal-to-Noise Ratio, SNR)是衡量信号在噪声中清晰度的一个重要参数,广泛应用于通信和雷达系统。
在雷达系统中,信噪比的高低直接影响到目标检测的准确性和系统的整体性能。
本文将探讨信噪比对雷达系统性能的影响,分析其在雷达技术中的重要性。
1.1 信噪比的定义与计算信噪比通常用分贝(dB)来表示,定义为信号功率与噪声功率的比值的10倍对数。
其计算公式为:\[ \text{SNR (dB)} = 10 \cdot \log_{10} \left(\frac{P_{\text{signal}}}{P_{\text{noise}}}\ri ght) \]其中,\( P_{\text{signal}} \) 是信号功率,\( P_{\text{noise}} \) 是噪声功率。
1.2 信噪比对雷达系统的影响信噪比是雷达系统设计中的关键因素之一。
高信噪比意味着信号在噪声中更加突出,从而提高了目标检测的可靠性。
相反,低信噪比则可能导致误检或漏检,影响雷达的性能。
二、雷达系统性能分析2.1 雷达系统的基本组成雷达系统主要由发射机、天线、接收机、信号处理器和显示设备等部分组成。
发射机产生雷达信号,天线将信号发射到目标区域,接收机接收反射回来的信号,信号处理器对信号进行处理,最后由显示设备将结果呈现给操作者。
2.2 信噪比对目标检测的影响在雷达系统中,目标检测是核心功能之一。
信噪比的高低直接影响到目标检测的准确性。
高信噪比可以提高目标检测的信噪比门限,从而减少误检和漏检的概率。
此外,高信噪比还可以提高目标的分辨率,使得雷达能够区分更小的目标或更近的目标。
2.3 信噪比对多目标跟踪的影响在多目标环境中,雷达系统需要同时跟踪多个目标。
信噪比的高低会影响到多目标跟踪的准确性和稳定性。
高信噪比可以提高雷达系统对目标的区分能力,减少目标之间的干扰,提高跟踪的准确性。
一种应用于GPS接收机的全单片CMOS低噪声放大器铁宏安
【期刊名称】《固体电子学研究与进展》
【年(卷),期】2009(29)3
【摘要】采用0.18μm1.8V mixed CMOS工艺设计并实现了一种应用于GPS接收机的CMOS低噪声放大器,采用片内螺旋电感实现输入匹配和单片集成。
测试结果表明在1.575GHz时,工作电流8mA,增益20dB,噪声系数小于1.7dB,IIP3为-10dBm。
【总页数】4页(P356-359)
【关键词】全球定位系统接收机;互补-金属氧化物-半导体;低噪声放大器;噪声系数【作者】铁宏安
【作者单位】南京电子器件研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN432;TN722.3
【相关文献】
1.一种CMOS卫星导航接收机多模低噪声放大器设计 [J], 李兵;庄奕琪;龙强
2.用于低中频GPS接收机的高性能CMOS差分低噪声放大器设计 [J], 马伟;江金光;刘经南
3.应用于GPS接收机的宽带低噪声放大器 [J], 郭锐;孙金中;谢凤英
4.一种应用于低电压GPS接收机的高线性度低噪声放大器 [J], 陈利; 刘艳艳
5.应用于双频GPS接收机的CMOS低噪声放大器设计 [J], 黄伟;庄海孝;马成炎;叶甜春
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GPS信号功率,信噪比与系统灵敏度讨论(摘自网上论坛(2009-12-15 12:40:30)转载标签:噪声功率gps热噪声灵敏度itGPS信号功率,信噪比与系统灵敏度讨论Arm720:讨论这个议题得主要起因就是:灵敏度(sensitivity)就是如何确定得。
[52RD、com]问题:我们经常瞧到某些GPS芯片厂商宣称自己得芯片灵敏度就是如何得高,但就是根据对整个系统得分析可以瞧出系统得灵敏度主要取决于第一级LNA得设计,GPS产品得灵敏度取决于GPS芯片与放大器得设计,那么就带来下面得问题:[52RD、com]1)系统得灵敏度就是如何计算得?芯片得灵敏度对系统设计有什么影响?[52RD、com] 2)接收GPS信号得功率与信噪比就是一个什么样得水平?[52RD、com]3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度?[52RD、com][52RD、com]这真就是一篇超精华得帖子!感谢楼主与参与得所有人![52jinfoxhe:R1 灵敏度得计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF、BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码得情况下解调需要得信噪比,NF为系统噪声系数。
如果就是扩频系统,还需要减去扩频增益。
2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),与具体得配置有关系。
从仿真来瞧,GSM得解调Eb/N0为4-5dB、3 见1。
snow99:好象在说GPS, 不就是GSM, 虽然瞧起来很像GPS RF BW: 2、046 MHzModulation: BPSKProcess Gain: 46 dBThermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2、046MHzRequired Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)Receiver NF: 3 dB (Typical)Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm这只就是一个大致结果, 考虑系统得其她算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间D、com]Arm720:楼上朋友对灵敏度得描述已经非常清楚了,降低系统得信噪比与噪声系数能提高系统得灵敏度。
GPS接收机低噪声放大器设计低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信等收信机灵敏度要求较高的领域,主要作用是放大所接收的微弱信号、降低噪声、使系统解调出所需的信息数据。
而噪声系数(Noise Figure,NF)作为其一项重要的技术指标直接反映整个系统的灵敏度,所以LNA 设计对整个系统的性能至关重要。
1 GPS 接收机低噪声放大器的设计设计的LNA 主要指标为:工作频率为1 520~1 600 MHz;噪声系数NFO.50 dB;增益G16.0 dB;输入驻波比2;输出驻波比1.5。
1.1 器件选择选择合适的器件,考虑到噪声系数较低、增益较高,所以选择PHEMT GaAsFET 低噪声晶体管。
在设计低噪声放大器前,首先要建立晶体管的小信号模型,一般公司都会提供具有现成模型的放大器件。
这里选择Agilent 公司的生产的ATF-54143。
1.52~1.60 GHz 频带内,设计反τ型匹配网络,该匹配网络由集总元件电感、电容构成。
选择电感时,要选择高Q 电感。
为了在模拟仿真中能够与实际情况相符合,选用Murata 公司的电感和电容模型。
这里选用贴片电感型号为LQWl8,贴片电容型号为GRMl8,电感LQWl8 在1.6 GHz 典型Q 值为80。
1.2 直流偏置在设计低噪声放大器中,设计直流偏置的目标是选择合适的静态工作点,静态点的好坏直接影响电路的噪声、增益和线性度。
由电阻组成的简单偏置网络可以为ATF-54143 提供合适的静态工作点,但温度性较差。
可用有源偏置网络弥补温度性差的缺点,但有源偏置网络会使电路尺寸增加,加大了电路板排版的难度以及增加了功率消耗。
在设计实际电路中,要根据具体情况选择有源偏置网络,或是电阻偏置网络。
就文中的LNA 而言,考虑到结构和成本,这里选择电阻无源偏置网络。
采用Agilenl 的ATF54143,根据该公司给出的datasheet 指标,设计Vds=3.8 V、Ids=ll mA 偏置工作点。
摘 要 罗兰(远程导航的英文词组LOng RAnge Navigation的縮写字LORAN之音译)是全天候、全天时连续工作的远程无线电导航系统,我国也称为长河二号系统,主要由岸基发射设备、系统监测设备及用户设备组成。该系统是我国独立自主建立并控制的远程无线电导航系统,目前是仅次于GPS导航系统的第二大导航系统,也是我国海军舰船采用的无线电导航系统。几乎所有的舰船均配备了罗兰-C定位仪或罗兰-C接收机。但从使用效果看,定位性不佳。究其原因,由于在建设长河二号系统工程初期,考虑到力求用有限的财力资源构建能够覆盖在全中国沿海区域的远程导航系统,系统发射台的布设采用了远距离长基线的布台方式,虽然发射的功率很大,但在长基线情况下,接收点处的天地波时延差很小,降低了罗兰-C信号实际电平,而接收机几乎完全仿照国外的设备,可以讲没有一个接收机工作在信号的第三周期过零点。对于长基线工作情况,总有一个离接收点远的副台受到天波的干扰,因此,定位效果自然不佳。解决定位效果不佳直接的方法是能够自主化设计接收机,并且在接收机的信号处理方法上要有突破。现阶段要想在很短的时间内使国内的设计能力及水平有很大的提高是不现实的。因此,必须寻找其它有效途径。 课题依据海军装备部下达的《低信噪比罗兰-C接收机的研制》任务提出的。重点从信号接收和处理两方面就改善接收机性能做理论探讨和部分实验性研究。主要结果概括如下: 课题首先着重研究磁性天线对接收机抗干扰、抑制噪声等性能的改善,由于磁性天线具有方向性,从抗干扰和抑制噪声两方面出发,课题设计出一种既能抗干扰,又能抑制噪声的磁性天线。通过外场与电天线的比对实验,并对实验数据进行统计分析,表明磁性天线在信噪比以及时差稳定性两方面对接收机性能的改善优于电天线,磁性天线的信噪比高于电天线2-3db,且所测时差稳定性高于电天线。 其次,本文提出了一种用小波分析提取罗兰-C信号周期识别特征的新方法。常用的周期识别的方法有包络识别法和射频采用法,但是包络识别法容易造成包络的失真和延迟,射频采样法要求信噪比较高。如何在低信噪比的条件下提高周期识别的可靠性,已是罗兰-C系统接收设备中最困难的问题之一。为此,我们研究用小波分析来提取周期识别特征,课题选择了Bubble母小波,它和我们要处理的罗兰-C标准脉冲信号有很大的相似性,再计算出母小波经过整数平移、二进制展縮得到的函数系中有限项的系数,把这些系数作为周期识别信号的特征信息,利用这些特征信息实现周期识别。并通过小波分析法与通用方法再抗噪声以及连续波干扰下的性能比较,理论分析与计算机模拟结果表明新方法比传统的方法更能抗噪声、抗连续波干扰,采用该方法将有效地扩大 2
罗兰-C导航的作用距离。 最后,针对时差测量方法上研究用准正交分解法来测量时差。通用的时差测量方法是利用接收设备产生的基准脉冲去跟踪被测信号的某一特征点,然后通过测量接收机产生的跟踪主、副台信号的基准脉冲的间隔而间接地获得所测时差,但由于通用方法所测的时差误差偏大且时差稳定性低。为此,我们研究用准正交分解来测量时差,就是在原有类似正弦函数基础上构建一个余弦函数,首先计算出标准罗兰-C信号经过准正交分解后所得的时差,我们称这个时差为固定偏差(Δτ),然后再计算出在噪声干扰情况下的罗兰-C信号经过准正交分解后所得的时差(t’),再用t’减去Δτ所得的时差(τ‘)就为我们所求的时差。经过理论分析与仿真,验证这种新方法比通用方法测量的时差值更准确且稳定性好。 关键词:罗兰-C信号;GPS;长河二号系统;监测接收机;磁性天线;电天线;周期识别;小波分析;准正交分解;时差测量;跟踪。 3
ABSTRACT LORAN is the system of long radio range navigation,which continues working everytime for any kind of weather .It is also called Changhe 2 navigation system and composed of transmission equipment on the station of bank,monitor equipment and user equipment.The system is built and controlled only by our country.At present,it is not only the second navigation system after GPS,but also is applied by our navy warships.All of warships almost have Loran-C apparatus of locating or Loran-C receiver.But the capability of location of this is not well from the efficient of applying.We take the reason into account that we spend limited finance to constitution and build LORAN,which can cover all coastal areas in china.The laying out of transmition stage of the system is adopted by the way of laying in the distance and long base line.Although the powe of transmition is very large,the time difference(TD) of received point is very little under the situation of the long base line,which can reduce the practical level of voltage of Loran-C signal.And yet,receivers almost follow equipment abroad,it is said that there is no receiver working at the third period of signal acrossing the zero.Towards working in long base line,there is always deputy stage far from the received point which was disturbed by celestial-wave.Therefore,the locating efficition is not well naturally.The direct idea of solving the bad locating efficition by which we should take initiate in designing receiver,and break through in the way of signal processing of receiver.At present,improving the capability and level of interior design in short time is not reality.Hence,we must look for other effective channel. The emphasis is expounded by rest on naval ministry of outfit sending down the mission of “The Research of Loran-C Receiver in Low SNR”.The focal point is making theory probing and part experimental study in the signal processing.The primary contributions and original ideas included in this dissertation are summarized below: First,we investigate the magnetic antenna improves the capability of fighting off interference and inhibiting noise to receiver.Because the magnetic antenna has orientation,considering fighting off the interference and inhibiting the moise,we have designed a kind of maganetic antenna which can fight off the interference and inhibit the noise. Through the experimentation of comparison with electrical antenna outside,and statistical snalyzation of data of experimentation,it is proved that magnetic antenna is better than electrical antenna in improving the capability of receiver in SNR and stability of TD.The maganetic antenna is higher at 2-3dB than electrical antenna,and the curved line of measured TD is more superior than electrical antenna.