GPS接收机的结构和工作原理

GPS接收机的组成及工作原理 目录 第一节 GPS 接收机的分类 第二节 GPS 接收机组成及工作原理 第三节 GPS接收机的构成 第四节 注意事项 第五节 常见问题及解决方法 第一节 GPS 接收机的分类 根据GPS 用户的不同要求，所需的接收设备各异。随着GPS 定位技术的迅速发展和应 用领域的日益扩大，许多国家都在积极研制、开发适用于不同要求的 GPS 接收机及相应的 数据处理软件。 1、按用途分可分为： （1）导航型接收机： 车载型 航海型 航空型 授时型接收机2、按接收机的载波频率分类（或者说按接受机的卫星信号频率分类） （1）单频接收机 （2）双频接收机 3、按接收机的通道数分类： （1）多通道接收机 （2）序贯通道接收机 （3）多路复用通道接收机 4、按工作原理分类： （1）码相关型接收机 （2）平方型接收机 （3）混合型接收机 （4）干涉型接收机 5、按接收卫星系统分类 （1）单星系统 （2）双星系统 （3）多星系统 6、按接收机的作业模式分类 （1）静态接收机 （2）动态接收机 7、按接收机的结构分类 （1）分体式接收机 （2）整体式接收机 （3）手持式接收机 目前生产GPS 测量仪器的厂家有几十家，产品有几百种，但拥有较为成熟产品的不外 乎几家，在我国测绘市场占有份额较大的有Trimble、Leica、Ashtech、Javad（Topcon）、Thales （DSNP）加拿大诺瓦太（NoVAteL）等。

徕卡m9支持新一代的光学编码镜头(6bit)徕卡m9以及其他系列相机配m系列镜头不支持数码功能，机身镜头卡口上带一个光学扫描元件，用于扫描镜头上的6位颜色信息的代码，从而识别镜头，启动相机固件版本内出厂设置好的镜头光学参数，以实现更好的成像效果，。之后巴纳克受邀去了竞争对手恩斯特·莱兹的光学器材公司工作，1913到 1914 年间，他研制出了徕卡相机，一个可以放进上衣口袋的相机。之后巴纳克受邀去了竞争对手恩斯特·莱兹的光学器材公司工作，1913到1914年间，他研制出了徕卡相机，一个可以放进上衣口袋的相机。

最近又推出了 Z-Xtreme，采用了新的解算方法和新的硬件平台，戏剧性地缩短了 RTK 量中整周未知数的解算时间，10～28伏直流供电，功率6W。 Z-Xtreme 定位系统 JAVAD 公司以其双星座（GPS 和GLONASS）定位而闻名，典型产品有LGG、JNSBox 系列，其中 JNSBox－GGD 为其最先进的产品，它为双频双星座（GPS GLONASS）20个通道接收机，采用了Co-Op 跟踪技术、先进的多路径抑制技术、USB和以太网接口，4.75～ 28 伏直流供电。目前JAVAD 公司已被日本Topcon 公司收购，但仍保留了其仪器的品牌， 并且推出了Hiper 接收机，集主机、天线、数据通讯电台于一体，是目前同类配置重量最轻、 体积最小的GPS 接收机。 JNSBox－GGD定位系统 Thales 的前身为法国DSNP公司，以前隶属于Secel地震仪器公司，其代表产品有Scorpio 6000 系列，以其良好的差分数据链而闻名。目前已与美国Ashtech 公司结成了战略伙伴。 Scorpio 6502 定位系统 国产GPS 仪器以其低廉的价格在我国测绘市场中也占有一席之地，目前仪器的静态测 量方法已经比较成熟，其动态测量的稳定性有待提高。

南方公司目前的产品有NGS100／200 ／212，中海达公司的的产品为HD8000／8200／8800。 无论那是哪一种仪器，都各有其优点和缺点，不能一概而论，在仪器的选型方面，一定要结 合自己单位的实际情况（比如经济实力、精度要求等）。 第二节 GPS 接收机组成及工作原理 GPS接收机主要是由GPS接收机天线单元，GPS接收机主机单元和电源单元三部分组成。 GPS接收机作为用户测量系统，那么按其构成部分的性质和功能，可分为硬件部分和软件部 （一）、硬件部分接收机主机由变频器、信号通道、通道的作用有三，（1）搜索卫星，牵引并跟踪卫星；（2）对广播电文数据信号 实行解扩，解调出广播电文；（3）进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。相关信 号通道的电路原理图如下 前置放大器 频率放大 频率综合 基准频率 电源 信号 伪码测量载波相位测量 CPUGPS 天线 变换器 信号通道 数据输出 GPS 接收机原理图 从卫星接收到的信号是扩频的调制信号，所以要经过解扩、解调才能得到导航电文，因此在相关通道电路中设有伪码相位跟踪环和载波相位跟踪环。

存储器接收机内设有存储器或存储卡以存储卫星星历、卫星历书、接收机采集到的码相位伪距 观测值、载波相位观测值及多普勒频移，目前GPS 接收机都装有半导体存储器（简称内 存），接收机内存数据可以通过数据口传到微机上，以便进行数据处理和数据保存。 微处理微处理是 GPS 接收机工作的灵魂，GPS 接收机工作都是在微机指令统一协同下进行的， 中放积分滤波 积分滤波 发生器载波数控振 伪测量值电路（码相位跟踪环） 环路滤波 载波环相位误差发生器 载波相位测量电路 多普勒测量电路 （载波相位锁相环） 29F 0.25F 36F相AGC 6.75 7F1/4F cos（ωt/4） 相关通道电路原理图 sin（ωt/4） 其主要工作步骤为：、接收机开机后，立即指令各个通道进行自检，适时地在视屏显示窗内展示各自的自检结 果，并测定、校正和存储各个通道的时延值。 、接收机对卫星进行捕捉跟踪后，根据跟踪环路所输出的数据码，解译出GPS卫星星历。 当同时锁定4颗卫星时，将C/A码伪距观测值连同星历一起计算出测站的三维位置，并按照预 置的位置数据更新率，不断更新(计算)点的坐标。 、用已测得的点位坐标和GPS卫星历书，计算所有在轨卫星的升降时间、方位和高度角， 并为作业人员提供在视卫星数量及其工作状况，以便选用“健康”的且分布适宜的定位卫 星，达到提高点位精度的目的。

、接收用户输入的信号，如测站名、测站号、天线高和气象参数等 电源GPS 接收机的电源有随机配备的内置电池，一般为锂电池，另一种为外界电源，一般 采用汽车电瓶或者随机配备的专用电源适配器。 综上所述，GPS 信号接收机的任务是：接收GPS 卫星发射的信号，能够捕获到按一定 卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，获得必要的导航和定位 信息及观测量；对所接收到的GPS 信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS 信号从卫星 到接收机天线的传播时间，解译出GPS 卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位 置，甚至三维速度和时间。 接收机的天线天线由接收机天线和前置放大器两部分所组成，天线的主要功能是将GPS卫星信号极微 弱的电磁波能转化为相应的电流，而前置放大器则是对这种信号电流进行放大和变频处理。 而接收机单元的主要功能是对经过放大和变频处理的信号电源进行跟踪、处理和测量。 天线基本结构 （1）、对天线的要求 、天线与前置放大器一般应密封为一体。以保障其在恶劣的气象环境中能正常工作，并减 少信号损失。 、能够接受来自任何方向的卫星信号，不产生死角。 、天线必须采取适当的防护和屏蔽措施。

因此，当螺旋天线由串联馈电结构进行馈电时，由于不同馈电口之间传输路径的差异将产生相位差，可通过这种方法可以实现对单元天线辐射相位的调整，使得整个阵面获得均匀的辐射相位。手持所用天线一般为螺旋天线，通话质量会变差，其带宽和增益比其他种类的天线要小，接收或发射能力增强、环境因素。乏 淼 l ～ …／， 7_—、、、‘ 即＼．上焱．／ a 基本结构 b 方向图 图1．13圆锥味gna．n具有台阶的介质透镜1．3．4阵列天线 考虑上述高功率微波天线的不足，李相强等提出了一种高功率径向线阵列天线【38训】，采用螺旋天线作为辐射单元，采用径向波导作为馈电系统，并形成同心圆环型的阵列天线布局。

只有掌握这一规律，才能用好这面天线，大家只要看一下这个天线的接收方位，不仅可以知道接收的是哪颗卫星，而且还能知道接收的是哪个极化的信号呢。从而造成您车上的天线无法接收到卫星上来的信号，ku波段信号最大优点是可以把信号发射的很强，把天线直径做的比较小，这样利于便捷接收。看上去很滑稽，天线的面板还没有天线的背夹大，但调节起来反而很方便，天线体积是太小了，图3就是接收亚太2r卫星的状态，图4是正常接收亚太5号卫星的状态。

此面板上有五个LED（发光二极管）指 示器、两个按钮和一个袖珍闪存/USB 5700前面板 2、顶面板 下图示出了5700 接收机的顶面板。此面板上有三个电源/串行数据端口和进行GPS 线电连接的（TNC）端口5700 接收机的顶面板 顶面板上的每个端口都用一个图标作标记，表示其主要功能。5700 接收机端口见表 5700 接收机端口 图标 名称 连接„„ 端口1 Trimble 手薄、事件标记或计算机 端口2 外接电源接入、计算机、1PPS 或事件标记 端口3 外部入、外接电源接入、基准站电台数据线 GPSGPS 天线电缆接入 流动站通信天线接入 3、底面板 下图示出了5700 接收机的底面板。此面板上有USB 端口、袖珍闪存端口和内置电 5700接收机的底面板 4、数据记录卡 在数据记录卡记录数据之前，先对卡进行格式化，从而确保文件系统的完整性。如果要 格式化卡，先把卡插入到5700 接收机，然后按下电源开关键30 注：一定要在接收机内对数据记录卡进行格式化，这可以防止在记录数据期间取出卡时损坏卡中的数据。 警告：5700 允许数据记录卡上最多存储 512 个文件，不论卡的容量有多大。

2.一个新进程建立的时候，将会建立起自己的内存空间，此进程的数据，代码等从磁盘拷贝到自己的进程空间，哪些数据在哪里，都由进程控制表中的task_struct记录，task_struct中记录中一条链表，记录中内存空间的分配情况，哪些地址有数据，哪些地址无数据，哪些可读，哪些可写，都可以通过这个链表记录。统一设置所有通道的增益：按“设置/确认”键1秒以上，功能灯闪烁，按“通道设置”键，通道指示灯闪烁，按“数据+”或“数据-”键修改通道，使通道显示“1－”，按“功能选择”键选择“增益”，增益对应指示灯闪烁，通道指示灯灭，按“数据+”或“数据-”键修改增益，再按“设置/确认”键，确定增益，增益指示灯常亮，增益统一设置完成。⑤、按的connect按钮，此时的指示灯会闪烁（注意：此灯只闪15秒，在这段时间内），马上（轻）按（一下，不能超过4秒）键盘的connect按钮，此时可以看到的指示灯立即停止闪烁。

或者，如果与此同时，红色卫星跟踪 LED 稳定发光，则说明接收机处于监视模式，它正在检查要安装的 新固件。（一般出现在计算机控制下） 快速闪 数据正在被记录，但内存容量不大。闪烁 接收机处于休眠模式，在定时应用文件所指定的开始时间之前五分 钟苏醒。 卫星跟踪LED卫星图标 下面的红色卫星跟踪LED 用来指示卫星的跟踪状态。 卫星的跟踪状态 现象 含义 颜色 慢速闪烁 跟踪四个或四个以上的卫星 红色 快速闪烁 跟踪三个或三个以下的卫星 LED图标 下面的绿色LED 用来指示数据输入和输出的状态。 现象 含义 颜色 慢速闪烁 收到了数据包或事件标记（基准站的 LED 总是无 显示的） 绿色 电池1LED和电池2LED 两个电池图标 内的两个电池 LED，指示的是两个内置电池的状态，或者连接 在端口1 和端口2 上的外接电源。 每个电池的LED 都缺省地指示其对应端口外部电源的状态。如果没有检测到外部电源， 则每个LED 指示的是内置电池的状态。LED 的颜色用来指示电源的当前状态：绿色表明当前 正在使用电池，表明电池处于备用状态。 电池颜色含义 颜色 含义 现象 含义 良好快速闪烁 功率低 良好快速闪烁 功率低 闪烁 电池和电源的管理及充电5700 接收机的电源即可以由它的两个内置电池提供，也可以由连到端口2 或端口3 外部电源提供。

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