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为什么 GPS 卫星不提高功率来消除 GPS 信号不良影响?(必读)

admin 2019-09-07 373人围观 ,发现0个评论

GPS信号到底有多弱?

GPS的民用C/A码从卫星发出来的时分信号只要27W左右,抵达地球的时分在-158.5dBW以上。用对数方式表明或为什么 GPS 卫星不提高功率来消除 GPS 信号不良影响?(必读)许不直观,换算成十进制等于将近0.0000000000000001W,适当小。

GPS对外文件中许诺的最小抵达地球信号功率

这么小的GPS信号,抵达地球的时分现已彻底淹没在噪声之下了。一般,咱们描绘噪声功率是以功率密度的界说来描绘的,噪声功率密度为-204dBW/Hz,也便是说在1Hz内,噪声的能量是-204dBW。下面的图实践上描绘的是2MHz内共噪声功率密度-111dBm(-141dBW为什么 GPS 卫星不提高功率来消除 GPS 信号不良影响?(必读))左右。那么为什么非要把GPS信号的功率做得这么小?莫非不能够把功率增大吗?

GPS信号抵达地球功率和自然界噪声功率比较

为什么把GPS信号功率规划成这么小?

把GPS信号功率规划成这么小,个人觉得首要根据三方面:1、这点功率现已够用了;2、导航卫星才能约束;3、根据抗干扰考虑。


1、这点功率现已够用了

GPS信号的这点功率尽管低于自然界噪声功率,可是对咱们导航定位来说,也够用了。下面手机接纳的GPS信号描绘的SNR实践上便是GPS信号与噪声功率密度之比Signal Noise Rate的意思,咱们所说的C/A码信号抵达地球功率是-158.5dBW,那么该值比上噪声功率密度便是SNR=-158.5dBW-(-204dBW/Hz)=45.5dBHz。可是,实践上因为信号处理时引进剩余噪声等要素,正式的SNR值一般都会45.5小3dB(接纳机噪声系数)左右,并且再加上或许的遮挡,一般都会比42.5dBHz还要小。下面的图显现SNR在40以上就表明优,小于30或许就不可用,要理解这个等级区分,还要从GPS信号的构成说起。

手机接纳GPS信号强度实例

GPS的民用C/A码信号由三部分组成:1秒内含有50个比特的导航数据、1秒内含有1.023兆的扩频码、1秒内含有1575.42兆个周期的正弦波,上述三者相乘就得到了C/A码民用信号。而对咱们真实有用的是那50比特每秒的导航数据,这些导航数据会告知咱们卫星当时处于哪里、卫星当时是何时刻,以供咱们导航定位用。咱们所说的C/A码信号抵达地球功率是-158.5dBW指的是上述三者在1秒内的能量,而对于咱们用户接纳机解析得到导航数据真实有用的是1个比特的导航数据占有的能量。这个清楚明了,经过去除正弦波和扩频码后,-158.5dBW能量分到每1个比特导航数据上就只剩余-178.5dBW了。

GPS信号组成

咱们在解析所需求的导航数据时有一个重要的条件量便是1个比特导航数据上的能量跟噪声功率密度之比Eb/N0,因为这个值的巨细涉及到导航数据解析出来的时分的误码率的多少。上面说到1个比特导航数据上能量是-178.5dBWzone,噪声功率密度为-204dBW/Hz,加上接纳机本身引进的噪声的话,这个值大约又在-201dBW/Hz了。那么为什么 GPS 卫星不提高功率来消除 GPS 信号不良影响?(必读)Eb/N0=-178.5dBW-(-201dBW/Hz)=22.5dBHz,这个值下,导航数据的误码率能够做到小于10-10。那么,比如说,咱们接纳到的C/A码功率因为城市楼房、山丘、树木等遮挡,导致接纳到的功率变成了-171dBW,这个时分的SNR只要30dBHz了,而Eb/N0也变成了10dBHz,此刻的导航数据误码率在10-6左右。假如接纳到的信号再小下去,比如是-179dBW,那么此刻SNR=22dBHz,Eb/N0=2dBHz,此刻误码率抵达10-2等级,或许就归入不可用等级。可是,实践处理中,咱们以为10-6等级的误码率仍是可接受的,这样的话接纳到的GPS民用C/A码功率还有12.5dB的余量,也就表明够用,不必特别把GPS卫星发射信号的功率提上去。

导航数据误码率和Eb/N0联系

2、导航卫星才能约束

GPS卫星在规划过程中是充分考虑实用性的,它的卫星能源供应不能跟惯例的通信卫星比较。以现役的GPS IIF卫星为例,其太阳能帆板供给的功率是1900W,这仍是在考虑到跟着卫星运用,帆板老化,帆板输出功率还会下降的状况。

GPS IIF系列卫星

之条件到,GPS民用C/A码信号的发射功率是27W左右,这不是说卫星只供给27W就够了。首要GPS不是只要C/A一个信号,还有很多军用信号。其次,想要输出27W功率,有必要还要支付相应的热量耗费。

GPS除了C/A码信号外,还有L1 P-Code、L1 M-Code、L1C-I、L1C-Q、L2 P-Code、L2 M-Code、L2C为什么 GPS 卫星不提高功率来消除 GPS 信号不良影响?(必读)、L5-I为什么 GPS 卫星不提高功率来消除 GPS 信号不良影响?(必读)、L5-Q等9个信号,也便是说一共10个信号的发射功率有270W左右。

GPS信号数量介绍

其次,GPS等信号在卫星上需求经过一种放大器——行波管放大器,便是下图中心那三个长条状的东西。该放大器是有效率的,一般在50%~55%之间,什么意思呢?便是说你想要输出27W的功率,有必要相应地支付27W的热量。所以,仅仅是这10个信号的放大和热量就现已耗费掉540W了。再加上GPS的核爆勘探、CrossLink、卫星姿势保持等机器的耗费,1900W的预算是很快就会弄没的。

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