GPS接收机原理（二）
GPS接收机的捕获灵敏度极限
The Acquisition Sensitivity Limitation of GPS Receiver
深圳市华颖锐兴科技有限公司 dmhang@hyrising.com
摘要：GPS接收机的灵敏度是影响GPS应用范围的非常关键的指标，目前业界纷纷推出高灵敏度的GPS接收系
统，使得GPS的室内定位成为可能，大大拓展了GPS的应用场景。GPS接收机在捕获状态下对灵敏度要求最
高，本文针对捕获灵敏度进行分析，给出了推导极限值的一种尝试。
关键词：GPS 高灵敏度 捕获
Abstract: High sensitivity is a key feature for GPS receiver to extend its application field. A lot of high
sensitivity GPS receiver chipsets has been put forward in the industry, making the indoor positioning possible.
This paper analyzes the limitation of the acquisition sensitivity from baseband part.
Key words: GPS, High Sensitivity, Receiver Design
1、GPS接收机的灵敏度定义
所谓GPS接收机的灵敏度，是指GPS接收机可以正常工作所需要的输入最小信号强度，一般用dBm表示。
根据GPS接收机的不同工作状态，灵敏度又分为冷启动灵敏度、捕获灵敏度、跟踪灵敏度等。
1.1 灵敏度的不同表述
接收机的灵敏度受到两个方面的影响：1）GPS整个射频通道的性能，包括天线增益、通道增益、通道噪声
系数等；2）GPS基带算法性能。另外，灵敏度还受到A/D量化损失等因素的影响。
业界所标称的接收芯片灵敏度都是指基带算法的性能，该性能是指基带算法对输入载噪比（C/N0，单位为
dBHz）的要求，但业界对GPS接收芯片的灵敏度性能表述一般用dBm为单位。在不考虑射频通道任何损失的
情况下，载噪比（C/N0）和输入信号强度（S）之间的关系为：
C/N0=S-（-174）
例如，标称跟踪灵敏度为-159dBm的芯片，实际上是指其基带部分所需要的输入最小载噪比为-
159+174=15(dBHz)。如果射频通路设计不佳，则整个接收机的实际跟踪灵敏度比-159dBm要差。
1.2 业界知名GPS接收芯片的灵敏度性能
下表给出了当前业界知名的几款GPS接收芯片的标称灵敏度性能。
所谓的最高灵敏度必然是和捕获或者跟踪的最终性能要求相关，不同的捕获概率要求前提下灵敏度指标并不
相同，因此这些标称出来的灵敏度指标未必是相同的边界条件下给出的，实际性能如何还需要实际测试才能知
道。
2、GPS接收机的冷启动灵敏度极限
GPS接收机的冷启动灵敏度受如下几个方面的限制：
1、信号捕获的灵敏度要求；
2、比特同步的灵敏度要求；
3、导航电文解调的灵敏度要求。
下面分别对上述几个灵敏度要求进行分析。
2.1 信号捕获的灵敏度要求（-160dBm）
捕获GPS卫星的性能由两个指标共同决定：检测概率P
d
和虚警概率P
fa
。这两个指标与输入S/N和设定的检
测门限相关。对于固定的输入S/N，较低检测门限会导致较高的检测概率，同时也会带来较高的虚警概率，反
之亦然。
在雷达检测应用中，通常设定一个脉冲的S/N为14dB，在此输入S/N的条件下，通过设定合适的检测门
GPS芯片组
冷启动灵敏度
(dBm)
捕获灵敏度(dBm)
网络辅助启动灵敏度
(dBm)
跟踪灵敏度(dBm)
SiRF GSC3f(e)/LP -142 N/A -155 -159
Atmel ANTARIS4 -142 -148 N/A -158
uNav Orion -144 N/A N/A -160
GloNav -144 -152 -152 -159
