根據(jù)GPS 接收機的定位原理和GPS 接收機靈敏度分析接收機性能， 發(fā)現(xiàn)靈敏度主要與前端電路和基帶有著密切關(guān)系。據(jù)此對GPS 的天線前端電路設(shè)計濾波器和低噪聲放大器， 并對電路的其他方面提出要求， 考慮包含處理器和大量邏輯門電路的Cyclo ne 器件， 并通過配置嵌入式軟核處理設(shè)計GPS 接收機。

GPS 系統(tǒng)在海運方面因能夠提供連續(xù)、高精度的船位， 在保證船舶安全經(jīng)濟方面和保證在計劃航線上航行有著極為重要的作用。高靈敏度的GPS 接收機要求接收機在衛(wèi)星信號較弱的場景下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)定位和跟蹤。GPS 接收系統(tǒng)的靈敏度指標(biāo)包括跟蹤靈敏度、捕獲靈敏度和初始啟動靈敏度。目前GPS 接收機基本上可以實現(xiàn)跟蹤靈敏度在- 160 dBm 以下， 同時初始啟動的靈敏度和捕獲靈敏度也分別可以達到- 142dBm 和- 148 dBm 以下。

1 GPS 接收機靈敏度分析

GPS 接收機的靈敏度主要由兩個方面決定：

一是接收機前端信號通路的增益及噪聲性能， 二是基帶部分的算法性能。接收機前端決定了接收信號到達基帶部分時的信噪比; 基帶算法則決定了解調(diào)、捕獲、跟蹤過程需要最小信噪比。

GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航載波信號是L 頻段（ L 1 ： 19cm; L2 ： 24 cm） 的電波信號， 現(xiàn)行GPS 工作衛(wèi)星采用L 波段的三種導(dǎo)航信號， 分別為L 1、L2、L3 ，其載波頻率分別為： 1 575 42、1 227 60 和1 381. 05 MHzGPS 信號是從距地面20 000 km 的衛(wèi)星發(fā)送到地面， 其L 1頻段（ f L1 = 1 575. 42 MHz） 自由空間衰減為：

根據(jù)GPS 接口控制文檔（ interface cONt ro ldocument ， ICD） 規(guī)定GPS 系統(tǒng)L 1頻段C/ A 碼信號強度的最小值為- 160 dBW， 而GPS 系統(tǒng)設(shè)計該頻段中C/ A 碼信號發(fā)射的有效通量密度（ effect ive isot ro pic radiated pow er， EIRP） 為P=478. 63 W（ 26. 8 dBW） ［ 4］ ， 若大氣層衰減為2. 0dBW， 那么GPS 系統(tǒng)L 1 頻段C/ A 碼信號到達地面的強度為：

實際上由于GPS 接收機所對應(yīng)的衛(wèi)星仰角、受障礙物遮擋的原因， L 1 頻段C/ A 信號到達接收機的強度可能會低于- 160 dBW。

2 GPS 接收機結(jié)構(gòu)

GPS 接收機電路結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 GPS接收機電路結(jié)構(gòu)

提高GPS 接收機的靈敏度最重要是在接收前端減少最小可檢測信號功率， 降低接收機的總噪聲系數(shù)， 這樣才能從噪聲背景下提高信噪比。天線部分的第一級濾波器的作用是前置濾波， 是防止干擾影響低噪聲放大， 不過他也增大了前級的噪聲系數(shù)， 因此要選用小插損的濾波器， 如采用卡爾曼濾波技術(shù)可以極大地提高接收機精度。