Bài Giảng Bộ Thu Gps

LOGO

Bộ thu GPS


Bộ thu GPS
Bộ thu GPS phải phát bản sao mã PRN, rồi
dịch pha của bản sao mã cho tới khi tương
quan với mã PRN của vệ tinh;
 Nhờ tính chất tương quan, máy thu tìm và
nhận biết đỉnh tương quan;
 Điều này có nghĩa máy thu nhận biết và
bám tín hiệu vệ tinh theo pha mã;



Bộ thu GPS
Bộ thu GPS cũng phải xác định pha sóng
mang bằng cách phát bản sao tần số sóng
mang có kèm Doppler (sử dụng khóa pha
sóng mang tín hiệu vệ tinh);
 Vậy nhận biết và bám tín hiệu vệ tinh là q
trình phát bản sao tín hiệu ở cả hai thành
phần mã và tần số.



Sơ đồ khối tổng quát bộ thu
GPS

Sơ đồ khối tổng quát bộ thu
GPS
Ăng-ten: thường sử dụng ăng-ten RHCP,
tăng ích tuyến tính gần cầu;
 Preamp (LNA): tiền khuếch đại tín hiệu
RF, có thể có 1 BPF ở giữa ăng-ten và
LNA để hạn chế nhiễu RF ngoại băng;
 Down-converter: chuyển đổi tần số
xuống trung tần IF, sử dụng các bộ dao
động nội (LO), mỗi tầng sẽ sử dụng 1
LO;
 ADC: Bộ biến đổi số tương tự, số hóa tín
hiệu IF;



Sơ đồ khối tổng quát bộ thu
GPS




Với máy thu số N kênh, mỗi kênh trung tần
số được xử lý riêng mà không cần sử dụng
bộ giải điều chế, mà chỉ cần ADC có thêm
AGC;
Các bộ thu số như vậy cịn goi là bộ thu
SDR (Software Defined Radio), thường sử
dụng các mạch tích hợp khả trình như
ASIC, hoặc FPGA hoặc DSP để xử lý tín

hiệu GPS.


Sơ đồ khối tổng quát bộ thu
GPS


Khối Receiver Processing thường là 1 vi xử
lý tốc độ cao thực hiện các chức năng:
 Xử lý băng cơ sở như bộ lặp tách sóng
và lọc, giải điều chế số liệu, đo SRN, chỉ
thị khóa pha…
 Ra quyết định liên quan đến điều khiển
các chức năng xử lý tín hiệu cho mỗi
kênh.
 Tính tốn vị trí, dẫn đường.
 Giao diện người dùng.


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu








Sơ đồ trên chỉ thể hiện chức năng liên
quan đến vòng lặp bám mã và pha;
Tín hiệu IF số là đầu vào Khối Digital
Receiver Channel, được trộn với bản sao
sóng mang để được các mẫu số liệu I (inphase) và Q (quadraphase).
Bản sao sóng mang được trộn với tín hiệu
của mọi tín hiệu vệ tinh trong tầm nhìn kể
cả nhiễu.
Bản sao sóng mang được tạo ra từ NCO và
bộ giá trị hàm SIN và COS rời rạc.


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu






Với việc tạo ra thành phần I và Q khác pha
nhau 90 độ, biên độ tín hiệu ra được tính
tốn từ tổng của 2 véc-tơ thành phần I và
Q, và pha so với trục I được tính bằng
arctang của Q/I.
Trong hoạt động của vịng đóng, NCO sóng
mang được điều khiển bởi vịng bám sóng
mang (carrier tracking loop) trong receiver
processor.
Trong hoạt động của vịng khóa pha (PLL –

phase lock loop), mục đích của vịng lặp
bám sóng mang là giữ sai pha bằng khơng


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu






Khi xảy ra mất đồng pha giữa bản sao
sóng mang và sóng mang tín hiệu đến từ
vệ tinh, pha véc-tơ I và biên độ véc-tơ Q
khác khơng, do đó biến đổi và độ lớn và
góc được phát hiện và sửa bởi vịng bám
sóng mang.
Khi PLL ở trạng thái khóa pha, tín hiệu I
đạt max (cả tín hiệu và nhiễu) và Q đạt
min (chỉ có nhiễu).
Tín hiệu I và Q sau đó được cho cho tương
quan với bản sao mã Sớm (Early),Đúng
(Prompt) và Muộn (Late).


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu








Bản sao mã Sớm (Early),Đúng (Prompt) và
Muộn (Late) được tạo ra bởi bộ tạo mã,
thanh ghi dịch 2 bit và NCO mã.
Trong hoạt động vịng đóng, NCO mã được
điều khiển bởi vịng bám mã trong receiver
processor.
NCO mã tạo ra nhịp đồng hồ gấp 2 lần tốc
độ mã 2fco cung cấp cho thanh ghi dịch, và
nhịp đồng hồ bằng tốc độ mã fco cho bộ tạo
mã.
Nhịp đồng hồ của chính NCO fc thì cao hơn
nhiều f .


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu






Bản sao mã Sớm (Early),Đúng (Prompt) và
Muộn (Late) được tạo ra với khác pha 1 chip
và tín hiệu P ở giữa.
Bản sao P được coi là đồng pha với tín hiệu
đến từ vệ tinh tạo ra giá trị tương quan tối đa.
Trong trường hợp này, bản sao E và L sẽ là
sớm và muộn pha so với pha mã tín hiệu đến,
dẫn đến giá trị tương quan tương ứng sẽ vào
khoảng một nửa giá trị tương quan tối đa
Nếu xảy ra mất đồng pha giữa bản sao mã và
tín hiệu đến từ vệ tinh thì xuất hiện thay đổi
giá trị đầu ra bộ tương quan (sớm và muộn),
do đó thay đổi pha được phát hiện và sửa bởi


Predetectio
n
integration

Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu


Sơ đồ khối 1 kênh tín hiệu








Predetection là q trình xử lý tín hiệu sau khi tín
hiệu IF số được hạ tần xuống băng gốc bằng q
trình tách sóng mang và mã.
Bộ chuyển đổi số tương tự tín hiệu IF thường có
độ phân giải mã hóa chỉ từ 1 đến 3 bit cũng tạo ra
số số hạng rất lớn khi thực hiện phép tính tích lũy.
Các bộ tương quan phức được sử dụng để tạo ra
các thành phần {IE IP IL} và {QE QP QL} bằng cách
tích phân và hạ tần các tín hiệu vào I và Q, thực
hiện ở tốc độ lấy mẫu IF => vào khoảng 50MHz.
Phần cứng thực hiện q trình tích phân và hạ tần
này cần xét đến xét đến thời gian predetection
integration dài ngắn tùy thuộc điều kiện tín hiệu
và ứng dụng.


Xử lý tín hiệu băng gốc

Sơ đồ khối bộ xử lý băng gốc các vịng lặp mã và sóng
mang


Xử lý tín hiệu băng gốc




Với mỗi kênh tín hiệu GPS, vịng lặp bám

mã và pha chính là sự kết hợp của các
chức năng xử lý tín hiệu băng gốc, tách
mã và sóng mang tín hiệu số (carrier and
code wipeoff) và chức năng predetection
integration.
Thời gian predetection integration là tổng
thời gian mà bộ thu và VXL thực hiện chức
năng tích phân và hạ tần. Thông thường,
thời gian này không quá 20ms – là khoảng
thời gian của 1 bit số liệu của bản tin định
vị.


Xử lý tín hiệu băng gốc




Về nguyên tắc, thời điểm bắt đầu và kết
thúc của q trình tích phân và hạ tần
không nên bước qua thời điểm chuyển bit
số liệu bởi vì khi bit số liệu đổi dấu dẫn
đến làm đổi dấu một phần số liệu I và Q đã
tích phân. Điều này làm cho kết quả tích
phân và hạ tần bị hỏng.
Trường hợp xấu nhất là nếu chuyển bit xảy
ra đúng giữa thời gian predetection
integration thì kết quả là tín hiệu bị triệt
tiêu trong khoảng thời gian đó.