[发明专利]实现双频GPS卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构

说明书

技术领域

本发明涉及GPS导航定位及测量领域，特别涉及双频GPS卫星信号接收处理装置技术领域，具体是指一种实现双频GPS卫星信号转换为基带信号功能的射频电路结构。

背景技术

GPS(Global Positioning System)是一种利用卫星发射信号，地球表面或邻近地面的接收机接收信号来测量观测物的位置和时间等信息的全球导航定位系统。GPS卫星信号采用典型的码分多址(CDMA)调制技术进行合成，其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于L波段，两载波的频率分别记作L1(1575.42MHz)和L2(1227.6MHz)。每颗卫星都在这两个频率上发射广播测距码和导航数据，但所使用的测距码和其他卫星所使用的都不一样。最新的及后续的GPS卫星还将在载波L5(1176.45MHz)上发射这些信号，但由于本发明仅涉及L1和L2信道的信号，故在这里不作讨论。导航数据提供给接收机，以确定卫星在发射信号时的位置，而测距码使用户接收机能够确定信号的传输延时，从而确定卫星到用户的距离。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。

目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、GPS基带数字信号处理单元等部分组成。其中射频单元的作用就是将L1信道和L2信道的GPS卫星信号从环境噪声中滤出，并提供适当的增益，以满足后续基带数字信号处理单元的需求。理论上我们可以直接在L波段滤出所需信道的GPS卫星信号，然后经过放大再进行数字采样。但是由于带通滤波器的有载品质因数与中心频率成正比关系，在信号带宽不变的情况下，中心频率越高，所需滤波器的品质因数就会越高。如下式(1)所示：

QLD=fCBW3dB......(1)]]>

其中f_C为带通滤波器的中心频率，BW_3dB为带通滤波器的3dB带宽。

GPS信号两载波的中心频率很高而信道带宽约为20MHz，要直接滤出所需信道，则需要Q值非常大的滤波器，目前的技术水平还难以满足这一指标。另外由于高频电路在增益、精度和稳定性等方面的问题，在高频范围直接对GPS卫星信号进行解调很不现实。因此，通常的方法是使用混频器对高频GPS卫星信号进行下变频。这样可以大大降低对滤波器的技术指标需求，而且避免了高频信号处理中所遇到的困难。但是利用混频器将高频GPS卫星信号变换到较低中频频率的同时引入了镜频干扰，而利用滤波器对镜频干扰的抑制效果取决于镜频频率与信号频率之间的频率差值，或者说取决于中频频率的高低。如果中频频率高，则信号与镜频相距较远，那么镜频成份就能受到较大抑制；反之，如果中频频率较低，则信号与镜频相隔不远，滤波器对镜频干扰的滤波效果就比较差。由于信道选择在中频进行，同理，较高的中频频率对信道选择滤波器的要求也较高，于是镜频抑制与信道选择形成一对矛盾，而中频频率的选择成为平衡这对矛盾的关键。在设计方案中通常使用两级或三次变频来取得更好的折衷。

在现有技术中，有一种设计方案是选择L1和L2的中间频率1400MHz作为第一次下变频的本振信号频率，将L1下变频为175.42MHz、L2下变频为172.4MHz。然后选择175MHz作为第二次下变频的本振信号频率，将L1和L2信道的GPS信号正交解调为I/Q信号。再经过A/D转换器变换为可用于后续处理的数字信号。其本振信号的产生过程请参阅图1所示。

来自微处理器的控制信号50使频率合成器52产生频率为10MHz的信号51。通过2分频器53将信号51变换为频率为5MHz的信号54。鉴相器55、环路滤波器56和压控振荡器57组成一个锁相环路。当环路锁定时，压控振荡器57输出频率为1400MHz的第一本振信号58。将第一本振信号58通过8分频器59进行分频即可获得175MHz的第二本振信号63。