GPS接收机工作原理与方法

1、GPS接收机工作原理与方法组 号：第组成 员：黄琨（组长）、孙明智、李儒睿、彭柯均、张航辉班 级：15级测绘工程一班指导教师:汤俊华东交通大学土木建筑学院2018 年 5 月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。GPS接收机作为用户测量系统，那么按 gps接收机工作原理的性质和功 能，可分为硬件部分和软件部分。、硬件部分接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成，基本 结构如下图GPS接收机工作原理图一1、变频器及中频放大器经过GPS前置放大器的信号仍然很微弱，为了使接收机通道得到稳定的高增 益，并且使 L 频段的射频信号变成低频信号

2、，必须采用变频器。2、信号通道信号通道是GPS接收机的核心部分，GPS言号通道是硬软件结合的电路，不 同类型的接收机其通道是不同的。GPS信号通道的作用有三，(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：GPS接收机工作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。3、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

3、测值及多普勒频移，目前GP宓收机都装有半导 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。4、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，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GPS1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

4、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。5、电源GP宓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言号接 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

5、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。6、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

6、当的防护和屏蔽措施。 以最大限度地减弱信号的多路径 效应，防止信号被干扰。 、天线的相位中心保持高度的稳定，并与其几何中心尽量一致。由于GPS测量的观测量， 是以天线的相位中心为准的， 而在作业过程中， 应尽可能保持两 个中心的一致性和相位中心的稳定。(2) 天线的类型目前，GPSS收机的天线有多种类型，其基本类型见下图所示 、单极天线。这种天线属单频天线，具有结构简单，体积小的优点。需要 安装在一块基板上 ， 以利于减弱多路径的影响。 、螺旋形天线。这种天线频带宽，全圆极化性能好，可接收来自任何方向 的卫星信号。但也属于单频天线， 不能进行双频接收， 常用作导航型接收机天线。 、微带天线。微

7、带天线是在一块介质板的两面贴以金属片，其结构简单且 坚固，重量轻，高度低。既可用于单频机，也可用于双频机，目前大部分测量型 天线都是微带天线。这种天线更适用于飞机、火箭等高速飞行物上。 锥形天线。 这种天线是在介质锥体上， 利用印刷电路技术在其上制成导电 圆锥螺旋表面， 也称盘旋螺线型天线。 这种天线可同时在两个频道上工作， 主要 优点是增益性好。 但由于天线较高， 而且螺旋线在水平方向上不完全对称， 因此 天线的相位中心与几何中心不完全一致 。所以，在安装天线时要仔细定向，使 之得以补偿。 带扼流圈的振子天线， 也称扼流圈天线。 这种天线的主要优点是， 可以有 效地抑制多路径误差的影响。但目前这种天线体积较大且重，应用不普遍。GPS天线接受来自20000公里高空的卫星信号很弱，信号电平只有 -50 -180db，输入功率信噪比为S/N=-30db，即信号源淹没在噪声中，为了提高信号 强度，一般在天线后端设有前置放大器。二、软件部分软件部分是构成现代GPS测量系统的重要组成部分之一。一个功能齐全、品 质良好的软件， 不仅能方便用户使用， 满足用户的各方面要求， 而且对于改善定 位精度，提高作业效率和开拓新的应用领域都具有重要意义。 所以，软件的质量 与功能已成为反映现代GPS测量系统先进水平的一个