CN116224388A - 一种gnss接收机及射频前端结构、提高抗干扰能力方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GNSS接收机及射频前端结构、提高抗干扰能力方法，射频前端结构中的宽带合路器将天线单元获取到的多星多频射频信号合路输出，通过前置带通滤波器滤波输出至可变增益低噪声放大器放大，再经后置带通滤波器滤波后输出至后级低噪声放大器放大，并输出至基带处理模块；AGC控制器根据后置带通滤波器的输出信号电压幅度，实时调整可变增益低噪声放大器的放大倍数。本发明，采用了前置和后置两级滤波器，其中前置滤波器能很好滤除带外的干扰信号，避免前置放大器被强干扰信号干扰，堵塞射频前端通道，影响接收机对有用信号的接收，通过AGC控制器实时调整可变增益低噪声放大器的放大倍数，提升了接收机的抗干扰能力。

Description

一种GNSS接收机及射频前端结构、提高抗干扰能力方法

技术领域

本发明涉及接收机技术领域，具体涉及一种GNSS接收机及射频前端结构、提高抗干扰能力方法。

背景技术

随着全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)的迅速发展，卫星导航定位系统得到了日益广泛的发展和应用。

中国发明专利CN111538047B公开一种应用于GNSS双频接收机的射频前端结构。包括双频天线、宽带低噪声放大器和SOC处理芯片，双频天线与宽带低噪声放大器输入端连接，宽带低噪声放大器输出端分成两个支路，两个支路通过连接电路模块后分别连接在SOC处理芯片的射频输入端上。该发明宽带低噪声放大器输出端直接与两个后续的电路模块连接，省去了功率分配器，大大降低了接收机的成本；无需功率分配器，减小了接收机的面积，提高了接收机系统的集成度；没有了功率分配器的插入损耗，降低了电路复杂度，提高了接收机的性能。然而，该方案中无源天线接收到GNSS射频信号后直接通过低噪声放大器放大，抗干扰能力差，极其容易受到带外强信号的干扰，导致接收机工作不稳定。另外，宽带低噪声放大器输出后分成两路，会导致宽带低噪声放大器与第一电路模块和第二电路模块的阻抗不匹配，影响射频前端的性能。

中国发明专利CN105549038B公开了一种L1和L2双频段卫星导航接收机射频前端电路。主要由射频低噪声放大器、第一级混频器、第二级混频器、低通滤波器、可配置带通滤波器、可变增益中频放大器、模数转换器、频率综合器以及8分频器组成，可以同时接收GPSL1和L2信号、北斗B1和B2信号、Glonass L1和L2等双频卫星信号。当接收到GNSS卫星信号时，首先通过射频低噪声放大器进行放大，放大后的射频信号分成两路，然后分别与I、Q两路第一本振信号进行混频，将射频信号频率下变频到第一中频频率，将两路中频信号分别与I、Q两路第二本振信号进行混频，将第一中频信号下变频到第二中频频率，此时将第二中频的四路信号分别送至信号合路器合路及低通滤波器进行滤波，再经带通滤波器进行滤波后，送入可变增益放大器，经放大后的中频信号送入ADC进行模数转换。然而，该方案低噪声放大器前后没有相应的滤波电路，抗干扰能力差。除此之外，射频前端的结构复杂，实现起来较难，成本高。

中国发明专利CN114844517A公开了一种多频多星GNSS射频前端及其高低信号的处理方法。其多频多星GNSS射频前端包括：天线单元用于从自由空间获取不同频段的多星多频射频信号；高频合路器将天线单元多馈点获取的高频段的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加合路；高频前置滤波器对高频合路器合路后的高频段的多星多频射频信号进行滤波，抑制带外的干扰信号，经第一级低噪声放大器将多星多频射频信号进行放大，再经高低频双工器将高低频的射频信号合路后送至增益放大器进行放大。然而该方案，射频前端采用了多星多频宽带设计，高低频GNSS射频信号经天线单元接收后，分开为两个射频链路滤波放大后再合路放大，使用了两个合路器、一个双工器和3个低噪声放大器，整体的成本较高，且功耗高。

由此可见，现有的GNSS接收机射频前端，均没能将抗干扰能力、接收灵敏度、环境适应性、低成本和低功耗结合在一起，存在抗干扰能力、接收灵敏度、环境适应性较差，成本和功耗较高的问题。

有鉴于此，需要对现有技术行改进，以提高GNSS接收机射频前端的抗干扰能力，降低成本。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种GNSS接收机及射频前端结构、提高抗干扰能力方法，以解决现有技术抗干扰能力、接收灵敏度、环境适应性较差，成本和功耗较高的问题。

为此，本发明提供的GNSS接收机的射频前端结构，包括天线单元、宽带合路器、可变增益低噪声放大器、后置带通滤波器和后级低噪声放大器，还包括：

前置带通滤波器，所述宽带合路器将所述天线单元获取到的多星多频射频信号合路输出，所述前置带通滤波器接收所述宽带合路器输出的射频信号并进行滤波，然后输出至所述可变增益低噪声放大器进行放大处理，再经所述后置带通滤波器进行滤波处理后输出至所述后级低噪声放大器进行放大，并输出至基带处理模块；

AGC控制器，输入端连接所述后置带通滤波器的输出端，所述AGC控制器的输出端连接所述可变增益低噪声放大器的控制端，根据所述后置带通滤波器的输出信号电压幅度输出控制信号，实时调整所述可变增益低噪声放大器的放大倍数。

在上述的射频前端结构中，优选地，所述AGC控制器包括幅度检测模块和比较器，所述幅度检测模块连接所述后置带通滤波器的输出端，对所述后置带通滤波器的输出射频信号进行采样，处理获得采样电压值，所述比较器将采样电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，实时调节所述可变增益低噪声放大器的放大倍数。

在上述的射频前端结构中，优选地，所述AGC控制器还包括滤波器，所述采样电压值通过所述滤波器进行滤波处理，所述比较器将经过所述滤波器处理后的采样电压值与预设电压值进行比较。

在上述的射频前端结构中，优选地，所述天线单元采用一个全频段天线单元，覆盖GNSS的L1和L2频段。

在上述的射频前端结构中，优选地，所述天线单元采用无源天线。

在上述的射频前端结构中，优选地，所述可变增益低噪声放大器的噪声系数为0.6dB。

在上述的射频前端结构中，优选地，所述预设电压值存储在所述AGC控制器的存储器中。

本发明还提供了一种GNSS接收机，包括射频前端和基带处理模块，所述射频前端接收多个卫星发送的信号，并处理后输出至所述基带处理模块，所述基带处理模块计算获得接收机的位置，所述射频前端采用上述的GNSS接收机的射频前端结构。

本发明还提供了一种提高GNSS接收机抗干扰能力的方法，包括以下步骤：

在可变增益低噪声放大器的前后分别设置前置带通滤波器和后置带通滤波器，滤除带外的干扰信号；

对后置带通滤波器的输出信号进行实时采样，获得采样电压值，并根据采样电压值与预设电压值的比较结果，实时调节可变增益低噪声放大器的放大倍数。

在上述方法中，优选地，通过一个全频段的无源天线单元，覆盖GNSS的L1和L2频段，接收多个卫星发送的信号。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种GNSS接收机及射频前端结构、提高抗干扰能力方法，解决了现有技术抗干扰能力、接收灵敏度、环境适应性较差，成本和功耗较高的问题。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采用了前置和后置两级滤波器设计，其中前置滤波器能很好滤除带外的干扰信号，避免前置的低噪声放大器被强干扰信号干扰，堵塞射频前端通道，影响接收机对有用信号的接收。后置滤波器进一步滤除带外干扰，从而大大提升了接收机的抗干扰能力。通过对后级低噪声放大器输出的射频信号进行采样、比较，实时调整可变增益低噪声放大器的放大倍数，确保射频信号的输出幅度稳定在一个确定的范围，使得接收机在任何复杂的电磁环境下都能正常的工作，提升产品的环境适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的GNSS接收机的射频前端结构原理示意图；

图2为本发明中AGC控制器的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例，仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了对本发明的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本发明技术方案的几个优选的具体实施例。

需要说明的是，本文中“内、外”、“前、后”及“左、右”等方位词是以产品使用状态为基准对象进行的表述，显然，相应方位词的使用对本方案的保护范围并非构成限制。

请参见图1，图1为本发明提供的一种GNSS接收机的射频前端结构原理图。

如图1所示，本发明提供的一种GNSS接收机的射频前端结构，包括无源天线单元10、宽带合路器20、前置带通滤波器30、可变增益低噪声放大器40、后置带通滤波器50、后级低噪声放大器60和AGC控制器70。

无源天线单元10采用一个全频段天线单元，覆盖GNSS的L1和L2频段，告别传统的双天线单元设计，减少了物料成本，降低了射频前端的整体功耗。

宽带合路器20将无源天线单元10的多馈点获取到的多星多频射频信号进行相位调整和幅度正向叠加后合路输出。

前置带通滤波器30接收宽带合路器20输出的射频信号并进行滤波，滤除带外的干扰信号。

可变增益低噪声放大器40接收前置带通滤波器30滤波处理后的射频信号并进行放大处理。其中，射频带通滤波器30采用低噪声放大器，噪声系数为0.6dB，减小整个射频前端结构的噪声系数，提升接收机的灵敏度。

后置带通滤波器50对可变增益低噪声放大器40的输出信号进行二次滤波处理，进一步滤除带外的干扰信号，提升接收机的抗干扰能力。

后级低噪声放大器60对后置带通滤波器50的输出信号进行放大，并输送给基带处理模块计算出接收器的位置，确保信号幅度能达到接收机解调的要求，实现定位。

其中，AGC控制器70的输入端连接后置带通滤波器50的输出端，输出端连接可变增益低噪声放大器40的控制端，可变增益低噪声放大器40通过AGC控制器70进行自动增益控制。AGC(自动增益控制，Automatic Gain Control)。

如图2所示，AGC控制器70包括幅度检测模块71、滤波器72和比较器73，AGC控制器70的存储器中存储有预设电压值，幅度检测模块71连接后置带通滤波器50的输出端，对后置带通滤波器50的输出射频信号进行采样，处理获得输出射频信号的采样电压值，再通过滤波器72进行滤波处理，比较器73将经滤波器72处理后的采样电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，实时调节可变增益低噪声放大器40的放大倍数。例如：采样电压值大于预设电压值时，输出降低放大倍数控制信号，降低可变增益低噪声放大器40的放大倍数；反之，采样电压值小于预设电压值时，输出增大放大倍数控制信号，增大可变增益低噪声放大器40的放大倍数。确保射频信号的输出幅度稳定在一个确定的范围内，不会增益过大使下级放大器的输入信号过大而产生严重的非线性失真，也不会因为增益过小，影响接收机的解调，提升产品的环境适应性，使得接收机在任何复杂的电磁环境下都能正常工作。

综合以上具体实施例的描述，本发明提供的GNSS接收机的射频前端结构，与现有技术相比，具有如下优点：

第一，现有的GNSS接收机射频前端电路，一般只采用前置或者后置单个滤波器设计，不能更好的滤除带外的有害干扰信号，影响接收机的性能。本发明采用了前置和后置两级滤波器设计，其中前置滤波器能很好滤除带外的干扰信号，避免前置的低噪声放大器被强干扰信号干扰，堵塞射频前端通道，影响接收机对有用信号的接收。后置滤波器进一步滤除带外干扰，从而大大提升了接收机的抗干扰能力。

第二，本发明采用了自动增益控制技术，通过对后级低噪声放大器输出的射频信号进行采样、比较，实时调整可变增益低噪声放大器的放大倍数，形成了一个控制回路，确保射频信号的输出幅度稳定在一个确定的范围，使得接收机在任何复杂的电磁环境下都能正常的工作，提升产品的环境适应性。

第三，本发明采用了超宽带的天线单元，只需一个天线单元即可覆盖GNSS的L1、L2频段，告别传统的双天线单元设计，减少物料成本。

第四，选择噪声系数为0.6dB的可变增益低噪声放大器，大大降低了整个射频前端的噪声系数，提升接收机的接收灵敏度。

最后，还需要说明的是，在本文中使用的术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个…"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GNSS接收机的射频前端结构，包括天线单元、宽带合路器、可变增益低噪声放大器、后置带通滤波器和后级低噪声放大器，其特征在于，还包括：

前置带通滤波器，所述宽带合路器将所述天线单元获取到的多星多频射频信号合路输出，所述前置带通滤波器接收所述宽带合路器输出的射频信号并进行滤波，然后输出至所述可变增益低噪声放大器进行放大处理，再经所述后置带通滤波器进行滤波处理后输出至所述后级低噪声放大器进行放大，并输出至基带处理模块；

AGC控制器，输入端连接所述后置带通滤波器的输出端，所述AGC控制器的输出端连接所述可变增益低噪声放大器的控制端，根据所述后置带通滤波器的输出信号电压幅度输出控制信号，实时调整所述可变增益低噪声放大器的放大倍数。

2.根据权利要求1所述的GNSS接收机的射频前端结构，其特征在于，所述AGC控制器包括幅度检测模块和比较器，所述幅度检测模块连接所述后置带通滤波器的输出端，对所述后置带通滤波器的输出射频信号进行采样，处理获得采样电压值，所述比较器将采样电压值与预设电压值进行比较，并根据比较结果输出相应的控制信号，实时调节所述可变增益低噪声放大器的放大倍数。

3.根据权利要求2所述的GNSS接收机的射频前端结构，其特征在于，所述AGC控制器还包括滤波器，所述采样电压值通过所述滤波器进行滤波处理，所述比较器将经过所述滤波器处理后的采样电压值与预设电压值进行比较。

4.根据权利要求1所述的GNSS接收机的射频前端结构，其特征在于，所述天线单元采用一个全频段天线单元，覆盖GNSS的L1和L2频段。

5.根据权利要求4所述的GNSS接收机的射频前端结构，其特征在于，所述天线单元采用无源天线。

6.根据权利要求1所述的GNSS接收机的射频前端结构，其特征在于，所述可变增益低噪声放大器的噪声系数为0.6dB。

7.根据权利要求2所述的GNSS接收机的射频前端结构，其特征在于，所述预设电压值存储在所述AGC控制器的存储器中。

8.一种GNSS接收机，包括射频前端和基带处理模块，所述射频前端接收多个卫星发送的信号，并处理后输出至所述基带处理模块，所述基带处理模块计算获得接收机的位置，其特征在于，所述射频前端采用权利要求1至7项任一项所述的GNSS接收机的射频前端结构。

9.一种提高GNSS接收机抗干扰能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在可变增益低噪声放大器的前后分别设置前置带通滤波器和后置带通滤波器，滤除带外的干扰信号；

对后置带通滤波器的输出信号进行实时采样，获得采样电压值，并根据采样电压值与预设电压值的比较结果，实时调节可变增益低噪声放大器的放大倍数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

通过一个全频段的无源天线单元，覆盖GNSS的L1和L2频段，接收多个卫星发送的信号。

Images