GPS接收分系统低温不定位故障研究

GPS接收分系统低温不定位故障研究

李玉晓

石家庄海山实业发展总公司 河北石家庄 050200

摘要：本次故障的故障现象为某型精确定位系统在做高低温实验时不定位，通过系统组成及工作原理分析有哪些因素会导致不定位现象发生，并逐项排除，直到确定故障部位，通过原理分析验证故障机理，并进行故障复现，最终达到掌握故障发生的原因，避免再次发生此类故障的目的。

关键词：GPS接收机；不定位；故障。

1.引言

在某型精确定位系统中，GPS接收分系统用于为整个系统提供高精度秒脉冲同步信号，并对捷联惯导位置进行修正，因此GPS接收分系统的性能直接影响整个系统的性能。而且此类产品的工作环境要求也比较高，在高温和低温下都要能正常工作，因此，在产品出厂前，要经过几个循环的高低温实验，系统在整个循环过程中都能正常工作才算合格产品。

2.故障现象及故障定位

2.1 故障现象

某型精确定位系统进行高低温循环实验时，测试24套产品中出现2套产品低温-45℃工作异常的现象，均为在低温测试时不定位。

2.2 故障定位

GPS接收分系统由GPS接收机、连接电缆、接收天线、发射天线及室外天线等组成，如图1所示。工作原理为室外天线接收卫星信号传递给发射天线，发射天线转发给接收天线，接收天线通过连接电缆将GPS信号传递给GPS 接收机，GPS接收机对信号进行处理后为整个系统提供高精度秒脉冲同步信号，并对捷联惯导位置进行修正。

图1 GPS接收分系统组成

结合上述工作原理进行分析，导致GPS接收分系统不定位的原因有以下几种情况：

1.室外天线故障；2.发射天线故障；3.天线间距不当导致信号衰减严重；4.接收天线故障；5.GPS接收机故障。如图2所示。

图2 GPS接收分系统不定位原因

针对以上几种情况，分采用更换室外天线故障、发射天线、接收天线、GPS接收机以及改变天线间距的方法，进行故障定位，当更换GPS接收机后，GPS接收分系统能够正常定位，初步将故障定位在GPS接收机。

3.故障排除

3.1 故障分析

GPS接收机主要由RF接收模块、信号处理模块、数据解析模块、接口模块组成。工作原理为RF接收模块接收GPS信号，经过转换后提供给信号处理模块，信号处理模块将接收到的RF信号进行模数转换，数据解析模块将数据进行解析和编码后发送给接口模块，接口模块将数字量转换为串口信号，同时产生脉冲同步信号。工作原理框图如图3所示。

图3 GPS接收机工作原理框图

其中，GPS接收机所用的信号处理模块中内置的AD转换器输入满幅电压为0.3V，热噪声功率为-110.87dBm，则接收机所需求的总体增益G为：

G= - =

GPS接收机的低噪声放大器功率增益为20.5dB，经过公分器分路后功率减小7dB，射频芯片内部含低噪声放大器，功率增益为19dB，可编程自动增益控制器AGC的增益范围为0 dB ~59dB。天线内置低噪声放大器，其增益为36dB。则接收机增益为:

36+20.5-7+19+G_AGC=G=110dB

因此AGC的增益G_AGC为41.5，则接收机的增益动态范围为-41.5 dB ~17.5 dB。接收机的输入信号最大功率为-68.5dBm，线损的最大飞机范围为17.5dB。发射天线的发射功率比实际对天要强，接近接收机的输入最大功率，因此接收机在低温测试时，由于元器件在低温环境下会发生性能变化，主要为板卡上的低噪放在低温时增益增大约2dB，在接收机的输入信号接近输入最大功率的情况下，低噪放增益变大会导致接收机信号饱和，无法正常收星定位。

3.2 故障排除及验证

根据以上故障分析，更换故障处理模块，再次进行低温实验，GPS接收分系统能够正常定位，验证了故障排除的正确性。

结束语：GPS分系统是该类产品的主要组成部分，其工作模式主要为信号的处理和传递,看不见摸不着，在进行故障分析的时大都通过原理分析进行故障定位和排除，此次故障研究为后续类似故障的处理积累了一定经验。

参考文献

1.谢钢，GPS原理与接收机设计[M].电子工业出版社，2009

2.瞿洋,李豹,王丛侠，GPS信号捕获跟踪算法研究与验证[J].舰船电子工程.2017(08)

3.李文联,雷玉洁,金璐,章振保，全球导航定位系统接收机的跟踪环路带宽设计[J].武汉工程大学学报.2013(03)

作者简介:

李玉晓，男，飞机飞行控制系统技术员，从事飞行控制系统研究与现场技术问题处理工作。

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