GPS接收机基本工作原理.pdf

GPS接收机基本工作原理

4.4.1GPS接收机的分类

1.按接收机的用途分类按用途接收机可分为：

(1)导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速
度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低一般为±25m,
有SA影响时为±100m。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，
此类接收机可以进一步分为：

车载型——用于车辆导航定位；

航海型——用于船舶导航定位；

航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空用的接
收机要求能适应高速运动。

星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的运动速度高达7公里/s以上，
因此对接收机的要求更高。

(2)测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相
位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。
(3)授时型接收机

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文
台及无线电通讯中时间同步。

2.按接收机的载波频率分类

(1)单频接收机

单频接收机只能接收L载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不
1
能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（<15km）的精密定位。

(2)双频接收机

双频接收机可以同时接收Ｌ，Ｌ载波信号。利用双频对电离层延迟的不一
１２
样，可以消除电离层对电磁波信号延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千
公里的精密定位。
3.按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的
信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信
号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：

(1)多通道接收机

(2)序贯通道接收机

(3)多路多用通道接收机

4.按接收机工作原理分类

(1)码相关型接收机

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

(2)平方型接收机

平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号，来恢复完整的载波
信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位
差，测定伪距观测值。

(3)混合型接收机

这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得
到载波相位观测值。

(4)干涉型接收机

这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间
距离。

4.4.2GPS接收机的组成及工作原理

GPS接收机主要由1、GPS接收机天线单元；2、GPS接收机主机单元；3、
电源三部分组成。

接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存贮器及显示器组成（见图
4-8）。

1.GPS接收机天线

天线由接收机天线和前置放大器两部分所组成。天线的作用是将GPS卫星信
号的极微弱的电磁波能转化为相应的电流，而前置放大器则是将GPS信号电流予
以放大。为便于接收机对信号进行跟踪、处理和量测，对天线部分有以下要求：

——天线与前置放大器应密封一体，以保障其正常工作，减少信号损失；

——能够接收来自任何方向的卫星信号，不产生死角；

——有防护与屏蔽多路径疚的措施；

——天线的相位中心保持高度的稳定，并与其几何中心昼一致。

GPS接收机天线有下列几种类型：

(1)单板天线

这种天线结构简单、体积较小，需要安装在一块基板上，属单频天线。

(2)四螺旋形天线

四螺旋形天线是由四条金属管线绕制而成，底部有一块金属掏板。这种天线
频带寒风，全圆极化性能好，可捕捉低高度角卫星。缺点是不能进行双频接收，
抗震性差，常用作导航型接收机天线。

(3)微带天线

微带天线是在厚度为h（h≤λ）的介质板两边贴以金属片。一边为金属底
板，一边做成矩形或圆形等规则形状，见图4-9。这种天线也称为贴片天线。微
带天线的特点是高度低，重轻，结构简单并且坚固，易于制造；既可用于单频机，
又可用于双频机。缺点是增益较低。目前大部分测地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。

(4)锥形天线

锥形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。这种天线可以同进出在两个频率上工作。锥形天线的
特点是增益好。但是由于其天线较高，并且在水平方向上不对称，天线相位中心
与几何中心不完全一致。因此，在安置天线时要仔细定向并且要给于补偿。

GPS天线接收来自20000km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。对于双频接收机设有两路前置放大器以养活带
宽，控制外来信号干扰，也防止