GPS接收机的结构和工作原理

载GPS接收机组成及工作原理GPS接收机的构成项常见问题及解决方法(1)导航型接收机：①车载型②航海型③航空型④星载型(2)测地型接收机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(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(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。我国的南方测绘仪器公司和中海达测绘仪器载到软件全部自行开发研制，较为典型的仪器为Trimble4700、5700、R7、R7GNSS，5800、Trimble5700定位系统GNSS徕卡(Leica)公司是全世界比较著名的测量仪器制造企业，较为典型的仪器为Leica净化技术(cleartrak)上，它确保了最好的信号接收、卫星跟踪，防信号堵塞，缓解多路径效应。SR-500系列富有人性化的终端设计，以其超大显示屏幕保证了数据获取及接收机配LeicaSR-530定位系统WZ-Xtreme定位系统接收机，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GPSJNSBox－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Scorpio6000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Scorpio6502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载前置放大器频率放大频率综合基准频率信号解扩解调CA码发生器伪码测量载波相位测量发生器存储器显示器变换器信号通道数据输出控制频段的射频信号变成低频信号，必须采用变频器。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载积分滤波积分滤波A/C转换ID(t)发生器器发生器伪测量值电路(码相位跟踪环)载波数控振荡器器载波环相位误差发生器(载波相位锁相环)载波相位测量电路多普勒测量电路相关通道电路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。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(简称内处理和数据保存。载果，并测定、校正和存储各个通道的时延值。②、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。置的位置数据更新率，不断更新(计算)点的坐标。③、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④、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。频处理的信号电源进行跟踪、处理和测量。金属反射器滤波放大器板天线基本结构(1)、对天线的要求少信号损失。。S(2)天线的类型载单极天单极天线天线类型①、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②、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。锥形天线与带扼流圈天线③、微带天线。微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，天线更适用于飞机、火箭等高速飞行物上。④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，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测量系载进水平的一个重要标志。报软件、导航电文解码软件、GPS单点定位软件或固化在中央处理器中的自动操作程序等。这类软件已和接收机融为一体。而外软件主要是指GPS观测数据后处理软件包第三节GPS接收机的构成下面以石油物探行业常用的Trimble5700为例简单介绍GPS接收机的构成2、电台(TM3电台和PDL电台)3、控制器(手簿)包括Tsce和Tsc24、附件包括数据传输线、手簿线、差分线、卫星线、鞭状天线5、电源包括内置电池和外接电源6、天线接收卫星信号(一)GPS主机是由下面部件构成PS接收并处理卫星信号，接收机电源的供应2、GPS电台板主要接受电台信号3、IO板(接口板)；接收机的配置；软件的传输等5、CF卡槽用CF卡记录静态数据；USB接口6、电池仓装内置电池载线电连接的(TNC)端口连连接……Trimble标记或计算机外部无线电入、外接电源接入、基准站电台数据线GPS流动站无线电通信天线接入4、数据记录卡须是8.3格式，否则，在记录过程中往数据记录卡上复制文件会引起数据损坏或丢失。按钮才会有效(即接收机完全跟踪四颗以上卫星后)。按钮功能见表按钮功能打开接收机关闭接收机开始内部记录数据停止内部记录数据删除星历文件重设接收机到工厂缺省设置删除应用文件格式化袖珍闪存卡按数据按钮按注：术语“按”是指按下按钮后立即释放。术语“按下”是指按下后保持此状态，直到过了规定时的LED表明需要引起注意，不发光的LED表明仪器表明没有6、记录/内存指示灯在数据记录按钮下面的典型黄色记录/内存LED表示的是数据记录状态和内存使用数据记录状态和内存使用状态正在记录数据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数据正在被记录，但内存容量不大。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数据没有被记录，或者袖珍闪存卡已满开烁快速闪烁关橘黄色卫星跟踪LEDLED来指示卫星的跟踪状态。卫星的跟踪状态跟踪四个或四个以上的卫星快速闪烁跟踪三个或三个以下的卫星关没有跟踪卫星开接收机处于监视模式，并且正在检查要安装的新固件。无线电LEDLED收到了无线电数据包或事件标记(基准站的无线电LED总是无两个电池图标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，正在使用电池，黄色表明电池处于备用状态。没有出现电源死开快速闪烁关开快速闪烁绿黄没有出没有出现电源外部电源总是优先于内置电池。当没有连接外部电源时，或者当外部电源出现故障时，丢失。如果掉电，则当内置或外部电源恢复后，接收机将重启。给5700接收机馈电的电源同时也可以给接收机的内置电池充电。方法：把电源加到电源/串行数据电缆上，把电缆接充电方式时间过充则对接收机无任何影响。5700的安装8、Trimmark3电台TM3电台没有电源开关键，当你接通电源后，电台的液晶显示屏就会显示出信息。Trimmark3通过前置面板可以对电台进行必要的设置，有7个主菜单，分别如下：CHANNEMODECHANNELSHARINGTRANSMITPOWERWIRELESSMODE通道数和工作频率载波检测设置无线模式，传播速率的设定载DATAPORTCONFIG数据端口参数设定DEVICESTATUS电台程序信息TRIMMARK3电台的后部面板有三个接口,从做到右依次是：电台天线接口、电源接口和数据PDL电台面板介绍PDL电台前面板PDL电台后面板载端1)电池可以在主机上充电,也可以取下充电3)在充电时一般需要4.5小时,如果在外业使用的时间过长,那么充电的时间也需要增加常状态没有充电或是没有插好充电器,检查充电器的输出电压是否电量失去太多,需要满充充电接近完成充电完成非正常状态描述闪充电器坏或是电池坏操作系统1、PocketPCversion4.2.2A2、WindowsMobileTM5.0源菜单执行软启动按住电源键到倒数计秒为零开启电源菜单当软启倒数计秒正在进行时松开电源键,会显示以下菜单:硬启动会清除所有的内存.保留程序载入手簿,最好是用Spriteutility来生成一个系统备份文件执行硬启在倒数5秒后一个硬启的警告窗口会显示,如果在倒数结束前松开键,电源菜单就会弹出触摸屏校正方法一Start/Settings/System/Screen/AlignScreenn当计秒倒数进行时松开电源键,会弹出下列菜单载松手，并按下Fn＋L键后，进入测试模式b－显示屏背景光测试s－串口测试a－声音测试t－触摸屏测试c－电池连接测试z－全部测试d－显示屏测试Enter－保存结果并退出k－键盘测试Esc－不保存结果并退出l－LED测试n－NAND测试r－电池螺丝测试显示屏背景光测试目的：证明背光工作正常并能开、关2、在执行测试时确认背光开关，如果开关正常，测试通过3、如果背光不能开关，检查显示屏排线跟主板连接是否正常；如果连接正常，交换液晶屏进行测试来决定是主板还是屏幕故障注：尽管在测试屏幕时不能改变颜色状态，但在测试后即可看到效果声音测试的目的：证明内置的喇叭工作正常2、你应该听到“哔”的一声。如果测试通过，检测屏幕颜色应变为绿色3、如果喇叭不响，检查喇叭在主板上的触点是否正常电池连接测试的目的：证明电池模块与控制器连接良好2、如果测试屏幕变绿色，测试通过3、如果状态变红，更换一个好的模块进行测试显示屏测试目的：证明用斜纹方法屏幕能被正确的校正2、屏幕测试有六个颜色条，左边的显暗，右边的显亮。看亮或暗的地方是否显示颤抖。如3、如果你不能校正或移除屏幕颤抖，LCD或主板都可能有问题键盘测试2、在屏幕上显示完全相同的键盘，按每个键后都变绿，你将通过测试。3、如果有键不能通过测试，检查键盘连接线是否正确接插好在主板上注：如果你确定键盘坏了，就必须更换整个上壳，键盘是不能分开的。这个状态说明一起启动和工作都正常。装系统看看是否能解决问题NAND测试目的：检查非易失性的(固化程序)闪存芯片。2、在测试中你什么都看不到，直接返回到诊断屏幕。如果测试通过，测试屏幕变为绿色。载O2、信息提示：请测试左侧螺丝。用工具松动左侧螺丝。3、直到听见“哔”一声，将有信息提示：发现螺丝松动，请释放测试钮。重紧好左侧螺丝。4、屏幕提示：请测试右侧螺丝。用工具松动右侧螺丝。5、知道听见“哔”一声，屏幕报告：发现螺丝松动，请释放测试钮。重紧好右侧螺丝。6、一旦右侧螺丝紧好，如果通过测试，屏幕将返回到诊断屏幕绿色状态。如果状态报告失工作正常触摸屏测试目的：证明触摸屏工作正常2、屏幕显示四个象限，三个红的一个黄的。用触笔点击黄色象限，将变成绿色，接着点击一旦你完成了所有的测试，你将回到主诊断屏幕。按ENTER键保存你的测试结果或按ESC关机蓝牙测试有两种方法检测蓝牙设备a、利用蓝牙网络设备1、start/settings/connections/bluetoothrable3、点击device,点击new，在一定范围内搜索蓝牙设备4、选择你需要的蓝牙设备，点击next。这时需要一个密码，但是你可以跳过。5、如果蓝牙设备不能被搜索到，先确认手簿蓝牙设备是否激活。如果这项确认，再检查以经安装，如果没有，试图重启手簿来恢复“installed”。b、确认蓝牙设备允许连接到手簿。c、如果以上都已经确认，更换好的卡槽模块进行测试。15、维修软件电池消耗记录turnoffdeviceinnotusedfor。这样做是在测试过程中不关机进行电池测试。erng载.在安装系统之前,我们要准备好:.手簿.手簿电源适配器.USB电缆.电脑操作系统为98SE,WinMe,Win2000,XP当手簿和电脑成功建立连接时,“下一步”被激活,点击“下一步”进行系统安装点下一步，上传完后,手簿中会自动安装系统系统安装完后,继续安装SurveyController软件，目前现有的SERVEYCONTROLL有11.10,11.20,11.21,11.22,11.31,11.32,12.00,12.10,12.20,12.21，12.40，,12.43,12.46等维护与排除接收机基本故障的工具WinFlash，选择正确的端口基本功能(一)•配置内置电台/GSM•装载蓝牙软件•装载内置电台软件基本功能(二)•升级接收机选项•检查蓝牙软件版本•检查接收机选项•查看错误记录检查接收机选项•接收机序列号•担保有效期在此日期之后的Firmware版本的安装需要获得Trimble的授权•最低版本限制检查接收机软件版本•此项功能用于检查接收机当前软件版本配置内置电台/GSM用于设置接收机内置电台频率以及调制解调协议配置内置电台•频率范围•无线电数据格式请勿超出频率范围•删除选定频率•删除所有频率•选定频率序号提前•选定频率序号后移接收机电台写频流程(一)查看错误记录•随着接收机的使用，会积累一些逻辑错误•逻辑错误积累过多，会造成接收机反应迟钝、电台作业距离变短等不良影响•对于没有错误记录的接收机，则看到•蓝牙ID是接收机在蓝牙连接时的“身份证”•其默认值均为“Trimble”选择正确的版本后继续检测与接收机的通讯状况检查已有版本并提示删除原有软件载第四节注意事项操作前安装接收机时，应注意以下事项：接头的插脚。插座上，直到完全吻合为止。槽，此凹槽用来作对齐线，以便把电池准确地插到接收机内。把电池和电池舱作为一个整体滑入到接收机内，直到电池舱安置到位并卡定为止。1、电池不用时会放电(低温情况下放电迅速)。如果要长时间存放锂电池，在存放前要确认它充满了电，并且应该至少保证每隔三个月重新充电一次。切换电池或停止吸收电源。3、达到深度放电的电池不能再次充电，只能更换。以下给出了使电池性能最佳化并且延长1).使用之前给所有新电池完全充电。工作；不要强行继续工作。3).如果不加电源，则不要在接收机或外部充电器中放置电池。4).如果必须存放电池，在存放前要完全充电。然后至少每三个月充电一次。5).长期存放电池时,最好存放于通风干燥的环境中,电池置于塑料袋内M1.启动基准站接收机后，电台正常工作，此间不要对电台的频率、功率和其它配置进行改变，如需更改，应先断开GPS接收机与电台的数据传输线；更改后重新启动基准站接收机。2.安装基准站时，确保各接头完全接触；鞭状天线的接触点尽量保持洁净；接触弹簧片应保证5—6毫米的弹距。3.电台的发射天线尽量架设在开阔的区域，周围近距离不要有建筑物以及金属构筑物。天工作时，尽量避免暴晒主机5.结束基准站工作时，应先关闭接收机电源，然后再拆除连线。1.电台用于发射时，可利用功放开关选择是否启用功率放大器，启用时(将开关切换至High)，信号发射功率为35W；不启用时(将开关切换至Low)，信号发射功率为2W。载2.启用功放时，必须配置相应容量的电源(如车用蓄电池)或直流电源。严禁利用小容量3.使用时，应将电台置于通风状况较好处利于散热(最好悬挂，尤其在夏季)。电台为完全防水设计，适用于恶劣的野外工作环境。4.储藏时，应置于通风干燥处，以免受潮。5.请勿拆卸鞭状发射天线的增益线圈以防破坏其密封措施t10、PDL中继站可将接收和转发的频率设置为不同。PDL8V，并且电台的电源不能于其他设备共用(如GPS、15、PDL电台的协议(protocol)设置：16、PDL电台的天线频段应与电台的频段严格匹配，否则将烧电台的功放17、PDL的频道发光二极管如果发生跳变现象，不表示其频率跳动，是错误代码，应该及时计时的过程中不能马上将串口线连接到计算机，否则将会烧坏PDL电台的串口。源线，最后断开电台天线电缆。第五节常见问题及解决方法载BatteryLowBatteryLowRadioTurnedoffDataOverload，CheckGPSConfigCommPortError,CheckDataRateWarning:RadiotWarning：Radio，ExternalBatteryConnectAntennaERROR：BadRadioigHARDWAREERROR:XX(codenumber所要发射的数据的无线电数据传输率设置太低GPS接收机与电台之间的通讯设置不匹配情况可能是电台在最大功率(25W)晒下发生电台已经超过了它的最大内部操作这可能在最大输出功率(25W)并且在太的电台正在从接收机的数据端口接收电源，没有从它的主电源端口接收电电台天线端口有发射天线或电台功放烧坏增加无线电数据的传输率或者改变无线电数据的发送格式用测量控制器或从电台前面台设置成一样减小电台的发射功率和数据下直晒给电台接上发射天线(如果天中心维修返回到Trimble维修中心维修载(或不发射信号)流动站电台不显示接收数据(或不接收信号)示接收数据接收机不能连接电台电台操作正常，但指标 (参数)显示不正确电台正在使用并工作正常，但其表面很热明的错误数据超载电台停止发射信号，设备在极热的条件下使用发生问题的可能原因及解决方法－TM3不能与GPS接收机连接，检查有问题的(数传)电缆或不正确的接收机串口设置－更换电台数字主板并根据需要重新测试－检查流动站电台的频率和波特率是否和基站的一致－更换电台主板并根据需要重新测试－流动站电台不能与GPS接收机连接，检查有问题的(数传)电缆或不正确的接收机串口设置验流动站电台的设置－如果没有外置的有问题的电缆引起错误，那就是内置的硬件错误－更换内置的数字主板或电台主板并根据需要重新测试连接电台的电源指示低电压－在不正常的操作范围增加电源电压电台的温度已经上升到警告的界限，继续在此条件下使用会导致电台断－检测周围环境的状况－在任何可能的时候给电台遮阳－在电台周围增加气流(给电台扇风)－改变电台数据设置降低电台的工作功率－硬件故障，根据需要更换并重新检测数字主板检查有线波特率的设置，在数据传输的时候导致不正确的无线波特率。－检查电源电缆是否连接或是否损坏－更换可用电源(或电池)电台的温度已经上升到警告的界限，继续在此条件下使用会导致电台断电防止损坏，电台在继续使用之前必须降温－检测周围环境的状况－在任何可能的时候给电台遮阳－在电台周围增加气流(给电台扇风)－改变电台数据设置降低电台的工作功率无电源给其供电－检查电源电缆是否连接或是否损坏－更换可用电源(或电池)载故障现象没有卫星信号卫星信号弱指示灯打开又自动关闭黄色的慢闪非专业人士的检查工作必须用Zephyr天线或者带有特殊转换接口的天线确保天线能接收到信号，不能在室内或者卫星覆盖不到的区域试一试其他的天线，或者其他的电缆检查GPS的连接端口是否有问题刷新硬件版本检查从GPS端口输出的值有点是否确保没有使用天线分频器，在没有这样的操作的必须用Zephyr天线或者带有特殊转确保天线能接收到信号。GPS的连接是否有问题。试一试其他的天线，或者其他的电刷新硬件版本检查从GPS端口输出的值有点是否确保没有使用天线分频器，在没有这样的操作的试用其它电源将电源从另外的端口输入(2或者3)确保没有使用天线分频器，在没有这样的操作的开关键短路机器处于监控模式下，可能硬件版本冲突，刷新硬件程序。数据记录键短路Mscontroller检查和更改。可以参维修人员检测及修复检查GPS电缆的连接更换连接得GPS电缆更换处理板检查GPS电缆的连接，可能需要换下来进行测试更换