GPS接收机的基本工作原理

GPS主要包括:

1. GPS天线单元； 2. GPS接收机主机； 3.电源由三部分组成.

主机由变频器，信号通道，微处理器，存储器和显示器组成:

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天线由天线和前置放大器组成. 天线的功能是将GPS卫星信号的极弱的电磁波能量转换为相应的电流，并且前置放大器放大GPS信号电流. 为了方便接收机跟踪，处理和测量信号，天线具有以下要求:

-天线和前置放大器应密封在一起，以确保其正常工作并减少信号损耗；

-可以无死角地从任何方向接收卫星信号；

-有保护和屏蔽多路径罪恶感的措施；

-天线的相位中心保持高度的稳定性，并与其几何中心一致.

GPS天线具有以下类型:

（1）单板天线

此天线结构简单，体积小，需要安装在单频天线基板上.

（2）四螺旋天线

四螺旋天线是通过在底部缠绕金属挖掘板的四个金属管道缠绕而成的. 该天线具有冷风带和良好的全圆极化性能，可以捕获低空卫星. 缺点是不能进行双频接收，抗震性差. 通常用作导航天线.

（3）微带天线

微带天线是附着在介电板两侧且厚度为h（h≤λ）的金属板. 一侧为金属底板，另一侧为规则形状，例如矩形或圆形，如图4-9所示. 这种天线也称为贴片天线. 微带天线的特点是高度低，重量轻，结构简单，坚固，易于制造. 它可以用于单频机和双频机. 缺点是增益较低. 目前，大多数测地天线是微带天线. 这种天线更适合飞机和火箭等高速飞行物体.

（4）锥形天线

锥状天线位于介电锥上，它使用印刷电路技术在其上制成导电圆锥形螺旋表面，也称为螺旋螺旋天线. 该天线可以在具有相同进出频率的两个频率上工作. 锥形天线的特性是良好的增益. 但是，由于天线高度高且水平方向不对称，因此天线的相位中心与几何中心不完全匹配. 因此gps接收机组成，在安装天线时必须仔细调整天线方向并进行补偿.

GPS天线从20000 km高空接收卫星信号非常弱gps接收机组成，信号电平仅为-50〜-180dB；输入功率信噪比为S / N = -30dB. 即，信号源被淹没在噪声中. 为了提高信号强度，通常在天线的后部设置前置放大器. 对于双频接收机，有两个前置放大器来馈送带宽，控制外部信号干扰并防止f1，f2信号干扰. 大多数GPS天线都与前置放大器结合使用，但是某些导航将天线和前置放大器分开，以减轻天线的重量，便于放置并避免雷电事故.

2. 接收方主机

（1）逆变器和中频接收放大器

通过GPS前置放大器的信号仍然很弱. 为了使通道获得稳定的高增益并将L波段射频信号转换为低频信号，必须使用变频器.

2）信号通道

信号通道是的核心部分，而GPS信号通道是结合了硬件和软件的电路. 不同类型的具有不同的通道.

GPS信号通道的功能具有三个功能: 搜索卫星，索引和跟踪卫星；解扩广播消息数据信号，解调广播消息；执行伪距测量，载波相位测量和多普勒频移测量. 相关通道的电路图如图4-10所示.

从卫星接收的信号是扩频调制信号，因此只能在解扩和解调后才能获得导航消息. 为了达到这个目的，在相关的信道电路中设置了伪码相位跟踪环路和载波相位跟踪环路.

（3）内存

接收机配备有存储器或存储卡，用于存储卫星星历，卫星历书，接收机收集的码相位伪距观测值，载波相位观测值和多普勒频移. 当前，GPS配备有半导体存储器（简称存储器），并且存储器的数据可以通过数据端口传输到微型计算机以进行数据处理和数据存储. 内存中还安装了各种工作软件，例如: 自检软件；卫星预报软件；导航信息解码软件； GPS单点定位软件等

（4）微处理器

微处理器是GPS接收机工作的灵魂，GPS接收机工作是在计算机指令的统一协调下进行的. 主要步骤如下:

①打开接收机电源后，首先要对整个接收机的工作进行自检，然后确定，校正和存储每个通道的延迟值.

②搜索卫星以捕获卫星. 捕获卫星后，将拖曳并跟踪信号，并对参考信号进行解码以获得GPS卫星星历表. 当同时锁定四颗卫星时，使用C / A码伪距观测值和星历表来计算台站的三维坐标，并根据预设的位置更新率来计算新位置.

③根据机器中存储的卫星年历和测站的大概位置，计算轨道上所有卫星的时间，方位角和高度.

④根据预设的航点坐标和单点定位站位置，计算出航向参数，如航向距离，航向角，航行速度等.

⑤接收用户输入信号，例如: 电台名称，电台编号，操作员姓名，天线高度，天气参数等.

（5）显示

GPS均具有LCD屏幕，以提供有关GPS操作的信息. 并配备了控制键盘. 用户可以控制通过键盘工作. 对于导航，有些还配备了大显示屏，可以在屏幕上直接显示导航信息甚至是数字地图.

3. 电源

GPS有两种电源. 一种是内部电源，通常使用锂电池，主要用于RAM存储器的电源，以防止数据丢失. 另一个是外部电源. 该电源通常使用可充电的12V DC镍镉电池组或汽车电池. 使用交流电时，它必须通过稳压电源或专用的热交换器.

总而言之，的主要任务是: 当GPS卫星在用户视野中升起时，可以根据不规则的卫星高度截止角捕获要选择的卫星，并且可以跟踪这些卫星. 对GPS信号的操作进行转换，放大和处理，以测量GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解释GPS卫星发送的导航消息，并实时计算测量值. 三维位置站，甚至三维速度和时间. GPS信号不仅需要机器中功能强大的软件，还需要GPS数据后处理软件包. 加处理软件包是完整的GPS信号用户设备.

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