一种卫星紧急无线电示位标GPS干扰分析

中电科（宁波）海洋电子研究院有限公司 木建一

嘉兴南湖学院 于海鹏

中电科（宁波）海洋电子研究院有限公司 李培正 朱 坤 姚克波

随着GPS模块价格越来越低，现在的很多示位标设备都带有GPS接收模块。但由于GPS信号非常微弱，容易受到其他信号干扰，尤其是在带有无线电发射模块的设备中。本文对示位标里一种通过同轴电缆传导的GPS信号干扰现象进行了分析并提出解决方案。该分析结果和解决方案可以给其他带有GPS的电路设计提供参考。

卫星紧急无线电示位标（简称示位标）是一种人员、船只或飞机遇险求救装置，工作时向国际卫星搜救组织卫星发射求救信号，卫星再将信号转发到地面站。示位标工作时发射两种信号，一种是406MHz附近的频点（406.025，406.028MHz等），信息分长信息和短信息，长信息144比特包含国别、遇险类型、GPS数据等信息，短信息112比特，不含GPS数据。随着GPS模块价格越来越低，现在的示位标基本都带有GPS接收模块，发射的信号都包含GPS信息。406MHz信号每50s左右发送一次。另一种是辅助搜救信号，频率为121.5MHz的音频调幅信号，该信号一直发射，只有在406MHz信号发射时暂停。

导航卫星运行于距离地面20km以上的轨道中，其发射功率受电池功率的制约，信号到达地面时极其微弱。以GPS为例，其信号到达地面接收机的最小功率为-160dBW。如此微弱的信号，极易受到干扰。当同一设备中既有无线发射模块又有GPS接收模块时，GPS信号容易受到干扰。示位标中有GPS接收模块和其他无线发射模块（406MHz和121.5MHz），因此示位标的GPS信号容易受到干扰。

1 问题发现

中国电子科技集团公司第三十六研究所是国内首家取得国际卫星组织证书的卫星紧急无线电示位标生产厂家，图1为示位标产品实物图。在示位标的早期生产、测试过程中技术人员发现某些示位标GPS模块定位时间过长，甚至长时间不能定位等问题。

图1 中国电子科技集团公司第三十六研究所示位标

在一次对同一批次20多台示位标测试时发现有多达30%的示位标存在定位困难的问题。正常示位标在1min甚至20s左右即可定位，而部分示位标长达10min仍不能定位。根据COSPAS-SARSAT组织的型式认可试验标准，内置定位装置的示位标定位时间不能大于10min。示位标GPS模块若长时间不能定位，不但影响产品出厂和日常检验，在实际使用中万一船只失事救援人员将无法确定失事坐标，严重影响救援效率，因此GPS模块的快速定位能力非常重要。

2 原因分析

由于示位标中的GPS模块采用的是国际知名品牌产品，而且批次相同，因此基本排除是GPS模块的问题。GPS信号采用两种伪码调制，即粗捕获码(C/A码)和精密码(P(Y)码)。其中C/A码仅调制在L1(1575.42MHz)频段上，而P(Y)码同时调制在L1和L2(1227.6MHz)两个频段上。示位标的406MHz信号每50s左右发送一次，发送持续时间不足1s，正常的示位标甚至20s左右即可定位，而且406MHz信号的谐波离GPS频点1575MHz较远，因此406MHz的干扰也基本可以排除。121.5MHz信号一直处于发射状态，只有在406MHz信号发射时暂停，且其13次谐波1579.5MHz离GPS中心频点较近，在GPS的工作带宽内，有可能是121.5MHz信号的谐波影响到GPS信号的接收。为印证该推测，技术人员分别切断406MHz和121.5MHz信号输出，结果发现切断406MHz信号对GPS信号接收没有改善，切断121.5MHz信号后存在GPS接收困难的示位标故障消失。如图2所示，406MHz和121.5MHz信号产生后通过各自的功放电路再进行耦合，两者共用同一天线。

图2 示位标射频部分电路原理框图

3 解决方案

在设计示位标电路时，为了节省空间和防止干扰，示位标电路采用两块电路板叠加而成，第一层电路板上装有指示灯、闪光灯、GPS天线和GPS接收模块。第二层电路板装有电源电路、控制电路、406MHz和121.5MHz信号产生和放大电路、耦合电路、滤波电路，如图3所示。

图3 示位标电路

第一层和第二层的电路板通过插针连接，第二层电路板上的406MHz和121.5MHz射频信号通过射频同轴电缆穿过第一层电路板连接至发射天线。在设计初期已经考虑到为了减少GPS的干扰，把所有的数字电路、模拟电路都放在第二层电路板，第一层电路板只放GPS天线和GPS模块以及几个必要的指示灯和闪光灯。但是为了生产、组装方便，射频同轴电缆需要稍微长一点，在组装完成后过长的射频电缆将弯曲盘旋在两层电路板之间。由于生产中没有对过长的同轴电缆的走线进行约束，示位标成品射频电缆走线随机分布。所以在正常的示位标和定位困难的示位标之间其实只有同轴电缆的走线方式不同，定位困难的示位标同轴电缆基本是盘旋在121.5MHz电路上方，121.5MHz的谐波被同轴电缆屏蔽层吸收并传导到GPS模块附近，改变同轴电缆走线方向，避免其从121.5MHz电路上方经过，问题得到解决。

结论：本文对一种卫星紧急无线电示位标GPS干扰现象进行了分析，分析结果表明是射频同轴电缆的外屏蔽层将121.5MHz谐波信号传导给GPS模块，造成GPS模块接收困难。

在一般电路设计中设计师考虑较多的是如何对干扰源和接收模块进行尽可能地隔离，并防止电源线、数据线等普通线缆的传导干扰。在本设计中也是通过将发射电路和GPS接收模块分置在两块电路板上，并间隔一定距离，电源线和数据线也尽量远离干扰源。然而同轴电缆作为射频传输电缆具有良好的屏蔽作用，其屏蔽层的传导干扰往往被设计师忽视，正如在本例中同轴电缆由于两端接地点有一定距离，其屏蔽层反而起到了传导干扰的作用，变成了GPS干扰的帮凶。在有收发电路的设计中，设计师除了考虑辐射、普通电缆的传导等干扰外还要注意同轴电缆的长度、走线、接地等，如果存在同轴电缆的传导干扰且设计已经定型，那么可以通过改变同轴电缆走线方向、长度来尽量降低干扰。