GPS接收機工作原理與方法

1、GPS接收機工作原理與方法組號：第組成員:黃琨（組長）、孫明智、李儒睿、彭柯均、張航輝班級：15級測繪工程一班指導教師：湯俊華東交通大學土木建筑學院如1818年5 5月GPS8GPS8 收機主要是由 GPGP 或收機天線單元，GPSGPS 接收機主機單元和電源單元三部分。GPSGPS 接收機作為用戶測量系統(tǒng)，那么按 gpsgps 接收機工作原理的性質(zhì)和功能，可分為硬件部分和軟件部分。一、硬件部分接收機主機由變頻器、信號通道、微處理器、存儲器及顯示器組成，基本結構如下圖GPS接收機工作原理圖一1 1、變頻器及中頻放大器經(jīng)過 GPSGPS 前置放大器的信號仍然很微弱，為了使接收機通道得到穩(wěn)定的高增

2、益，并且使 L L 頻段的射頻信號變成低頻信號，必須采用變頻器。2 2、信號通道信號通道是 GPGP 或收機的核心部分，GPSGPS 信號通道是硬軟件結合的電路，不同類型的接收機具通道是不同的。GPSGPS 信號通道的作用有三，（1 1）搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星； (2)(2)對廣播電文數(shù)據(jù)信號實行解擴， 解調(diào)出廣播電文； (3)(3)進行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。相關信號通道的電路原理圖如下：L戰(zhàn)也相片.Hi訃J載波相”測單電路GPS接收機工作原理圖二從衛(wèi)星接收到的信號是擴頻的調(diào)制信號， 所以要經(jīng)過解擴、 解調(diào)才能得到導航電文，因此在相關通道電路中設有偽碼相位跟蹤環(huán)和載波相位跟

3、蹤環(huán)。3 3、存儲器接收機內(nèi)設有存儲器或存儲卡以存儲衛(wèi)星星歷、 衛(wèi)星歷書、 接收機采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移，目前 GPSGPS 接收機都裝有半導體存儲器(簡稱內(nèi)存)，接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)口傳到微機上，以便進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。4 4、微處理微處理是 GPSGPS 接收機工作的靈魂， GPSGPS 接收機工作都是在微機指令統(tǒng)一協(xié)同下進行的，其主要工作步驟為：、接收機開機后，立即指令各個通道進行自檢，適時地在視屏顯示窗內(nèi)展示各自的自檢結果，并測定、校正和存儲各個通道的時延值。、接收機對衛(wèi)星進行捕捉跟蹤后，根據(jù)跟蹤環(huán)路所輸出的數(shù)據(jù)碼，解譯出 GPGPS S衛(wèi)星星歷

4、。當同時鎖定 4 4 顆衛(wèi)星時，將 C/AC/A 碼偽距觀測值連同星歷一起計算出測站的三維位置，并按照預置的位置數(shù)據(jù)更新率，不斷更新（計算）點的坐標。、用已測得的點位坐標和 GPSGPS 衛(wèi)星歷書，計算所有在軌衛(wèi)星的升降時間、方位和高度角，并為作業(yè)人員提供在視衛(wèi)星數(shù)量及其工作狀況，以便選用“健康”的且分布適宜的定位衛(wèi)星，達到提高點位精度的目的。、接收用戶輸入的信號，如測站名、測站號、天線高和氣象參數(shù)等。5 5、電源GPSgGPSg 收機的電源有隨機配備的內(nèi)置電池，一般為鋰電池，另一種為外界電源，一般采用汽車電瓶或者隨機配備的專用電源適配器。綜上所述，GPSGPS 信號接收機的任務是：接收 GP

5、SGPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，獲得必要的導航和定位信息及觀測量;對所接 U U到的 GPSGPS 信號進行變換、放大和處理，以便測量出 GPSGPS 信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出 GPSGPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。6 6、接收機的天線天線由接收機天線和前置放大器兩部分所組成，天線的主要功能是將 GPSGPS衛(wèi)星信號極微弱的電磁波能轉化為相應的電流， 而前置放大器則是對這種信號電流進行放大和變頻處理。 而接收機單元的主要功能是對經(jīng)過放大和變頻處理的信號電源進行跟蹤

6、、處理和測量。(1)(1)、對天線的要求、天線與前置放大器一般應密封為一體。以保障其在惡劣的氣象環(huán)境中能正常工作，并減少信號損失。、能夠接受來自任何方向的衛(wèi)星信號，不產(chǎn)生死角。、天線必須采取適當?shù)姆雷o和屏蔽措施。以最大限度地減弱信號的多路徑效應，防止信號被干擾。、天線的相位中心保持高度的穩(wěn)定，并與其幾何中心盡量一致。由于 GPSGPS 測量的觀測量，是以天線的相位中心為準的，而在作業(yè)過程中，應盡可能保持兩個中心的一致性和相位中心的穩(wěn)定。(2)(2)天線的類型目前，GPS8GPS8 收機的天線有多種類型，具基本類型見下圖所示。、單極天線。這種天線屬單頻天線，具有結構簡單，體積小的優(yōu)點。需要安裝在

7、一塊基板上，以利于減弱多路徑的影響、螺旋形天線。這種天線頻帶寬，全圓極化性能好，可接收來自任何方向的衛(wèi)星信號。但也屬于單頻天線，不能進行雙頻接收，常用作導航型接收機天線金屬反射穗波放大費天線基本結構微微帶天線帶天線 旋型天線旋型天線、微帶天線。微帶天線是在一塊介質(zhì)板的兩面貼以金屬片，其結構簡單且堅固，重量輕，高度低。既可用于單頻機，也可用于雙頻機，目前大部分測量型天線都是微帶天線。這種天線更適用于飛機、火箭等高速飛行物上。錐形天線。 這種天線是在介質(zhì)錐體上， 利用印刷電路技術在其上制成導電圓錐螺旋表面，也稱盤旋螺線型天線。這種天線可同時在兩個頻道上工作，主要優(yōu)點是增益性好。但由于天線較高，而且

8、螺旋線在水平方向上不完全對稱，因此天線的相位中心與幾何中心不完全一致。所以，在安裝天線時要仔細定向，使之得以補償。帶扼流圈的振子天線，也稱扼流圈天線。這種天線的主要優(yōu)點是，可以有效地抑制多路徑誤差的影響。但目前這種天線體積較大且重，應用不普遍。GPSGPS 天線接受來自 2000020000 公里高空的衛(wèi)星信號很弱，信號電平只有-50-50-180db,-180db,輸入功率信噪比為 S/N=-30db,S/N=-30db,即信號源淹沒在噪聲中，為了提高信號強度，一般在天線后端設有前置放大器。二、軟件部分軟件部分是構成現(xiàn)代 GPSGPS 測量系統(tǒng)的重要組成部分之一。 一個功能齊全、 品質(zhì)良好的軟件，不僅能方便用戶使用，滿足用戶的各方面要求，而且對于改善定位精度，提高作業(yè)效率和開拓新的應用領域都具有重要意義。所以，軟件的質(zhì)量與功能已成為反映現(xiàn)代 GPSGPS 測量系統(tǒng)先進水