GPS接收机对比表

1 GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。

作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。

对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。

目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。

GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。

2 GPS接收模块的灵敏度性能分析从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。

其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。

2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为：（1）按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为：（2）GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。

GPSGLONASSBD三模接收机的优缺点
相对于其他类型的接收机
数据冗余特性好：尽管GLONASS/BD两个系统⽬前星数⽐较少，但三系统接收机可以⼤⼤拓展可见星数量，从⽽改善有遮蔽或者⼲扰情况下的收星效果；
系统备份特性好：在战争等特殊环境下，多系统成为改善重要基础设施和武器装备⽣存效能的⼒量倍增器；
抗⼲扰特性好：尤其GLONASS系统，由于采⽤频分多址⽅案，对于⽬前的抗⼲扰措施来说是最好的，另外鉴于GPSIII以及GLONASS改良计划，现有的反射功率也将提⾼500倍，并且调制⽅式改为BOC等更先进的调制⽅式，⼤⼤提⾼了抗⼲扰性能，BD⼀号虽然星在同步轨道，抗⼲扰性能差（星位置固定，由于轨道⾼导致信号到地⾯的等效EIRP值较低）；但随着BD ⼆代的实施，情况也会有很⼤改善；
完好性验证：可以通过系统对⽐来检验授时和定位精度，在⽬前通过GEO等⽅式播发完好性信息还没有完全实现以前，这也是最有效的⽅式；
成本优势：三合⼀接收机由于采⽤紧耦合⽅式设计，其硬件成本相对于单个的GPS、GLONASS、BD接收机实现组合⽽⾔，成本会⼤幅度降低；
缺点：由于具体使⽤主要针对重点基础设施以及国防应⽤，没有像民⽤消费电⼦⾥的GPS⼀样的扩张空间，所以不利于产品价格的⼤幅度下降。

同时由于全部采⽤通⽤器件实现，没有专⽤ASIC设计，导致功耗等成为壁垒。

GPS种类的介绍与分析GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。

4.2.1 按接收机的用途分类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±10m,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，此类接收机还可以进一步分为：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，在航空上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。

由于卫星的速度高达7km/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。

4.2.2 按接收机的载波频率分类单频接收机单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。

由于不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。

双频接收机双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。

利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

4.2.3 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：多通道接收机序贯通道接收机多路多用通道接收机4.2.4 按接收机工作原理分类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。

gps接收机实验报告
GPS接收机实验报告
一、实验目的
本次实验旨在通过对GPS接收机的实验，掌握GPS接收机的工作原理、使用方法和性能特点，以及了解GPS定位的基本原理和应用。

二、实验设备
1. GPS接收机
2. 笔记本电脑
3. GPS天线
4. GPS信号发生器
三、实验步骤
1. 连接GPS接收机和笔记本电脑，并安装驱动程序。

2. 在开阔的室外环境下，设置GPS天线并打开GPS接收机。

3. 打开GPS信号发生器，发送GPS信号。

4. 在笔记本电脑上打开GPS接收软件，接收并分析GPS信号。

四、实验结果
经过实验，我们成功地接收到了GPS信号，并且在软件上可以清晰地看到我们的位置信息和轨迹。

通过分析数据，我们还可以得出GPS接收机的定位精度、灵敏度等性能参数。

五、实验总结
通过本次实验，我们对GPS接收机的工作原理有了更深入的了解，掌握了GPS 接收机的使用方法，并且了解了GPS定位的基本原理和应用。

同时，我们也发
现了GPS接收机在室内环境下信号接收较差的问题，为今后的实际应用提供了一定的参考和思路。

六、实验建议
在今后的实验中，可以对GPS接收机在不同环境下的性能进行更深入的研究，以便更好地应用于实际生活中的定位导航、车辆监控等方面。

同时，也可以对GPS接收机的信号接收和处理算法进行进一步的优化和改进，提高其定位精度和稳定性。

通过本次实验，我们对GPS接收机有了更深入的了解，也为今后的研究和应用提供了一定的基础和参考。

希望通过不断的实验和研究，能够进一步完善GPS 技术，为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。

第七章GPS接收机选择与检验GPS卫星信号接收机，是GPS导航卫星的用户关键设备，是实现GPS卫星导航定位的终端仪器。

它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接收设备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、跟踪和处理卫星微弱信号的特性。

本章针对GPS信号接收机的特性，论述了GPS信号接收机的基本结构原理和GPS卫星接收机的选用与基本性能检验。

同时、简要介绍了依据当前国际上GPS接收机的发展现状和我国拥有GPS接收机的实际情况， GPS卫星信号接收机类型的测量型与GPS接收机选择。

第一节GPS接收机的结构原理1 GPS接收机的基本结构GPS接收机主要由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源三部组成。

天线单元的主要功能是将GPS卫星信号非常微弱的电磁波转化为电流，并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，图7—1描述了GPS 信号接收机的基本结构。

图7-1 GPS接收机的基本结构如果把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分。

硬件部分，主要系指上述天线单元、接收单元的硬件设备。

而软件部分是支持接收机硬件实现其功能，并完成各种导航与定位任务的重要条件。

一般来说，软件包括内软件和外软件。

所谓内软件是指诸如控制接收机信号通道按时序对各卫星信号进行量测的软件以及内存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。

而外软件主要是指观测数据后处理的软件系统，这种软件一般以磁盘方式提供。

如果无特别说明，通常所说接收设备的软件均指后处理软件系统。

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144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重要标志。

1GPS接收机的灵敏度定义随着GPS应用范围的不断扩展，业界对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。

作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。

对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、捕获灵敏度、初始启动灵敏度。

目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下的接收机，同时，初始启动的灵敏度和捕获灵敏度也分别可以到达-142dBm和-148dBm以下。

GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕获，完成捕获所需要的最低信号强度为捕获灵敏度；在捕获之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。

为了实现定位，GPS接收机还需要解调GPS卫星发送的导航电文，相应的，解调导航电文所需要的最低信号强度为初始启动灵敏度。

根据上述定义可知，跟踪灵敏度最高，捕获灵敏度次之，初始启动灵敏度最差。

2GPS接收模块的灵敏度性能分析从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带局部的算法性能。

其中，接收机前端决定了接收信号到达基带局部时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕获、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。

2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响GPS信号是从距地面20000km的LEO〔Low Earth Orbit，低轨道卫星〕卫星上发送到地面上来的，其L1频段〔fL1=1575.42MHz〕自由空间衰减为：按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP〔Effective Isotropic RadiatedPower，有效通量密度〕为P=478.63W〔26.8dBw〕([1][2])，假设大气层衰减为A=2.0dB，则 GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为：GPS ICD〔Interface Control Document，接口控制文档〕文件〔[3]〕中给出的GPS系L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。

第3章GPS卫星轨道的理论和计算我们从第1章了解到，GPS接收机实现定位不但需要有足够数目的可见卫星，而且还要知道这些卫星在空间的准确位置。

为了确定卫星在某一时刻的空间位置，我们必须首先介绍GPS领域经常涉及的空间坐标系。

3.1节将介绍各种空间坐标系及其坐标变换，其重点是WGS-84地心地固坐标系；3.2节将讲解GPS时间系统和与之有关的协调时间时和相对论效应，再简单描述GPS接收机上的晶体振荡器的工作原理及其特性；3.3节将探讨GPS卫星在无摄状态下和开普勒轨道参数，然后介绍GPS卫星播发的星历参数；3.4节将通过一个具体例子详细讲解如何依据卫星星历参数来计算卫星的空间位置；3.5节将继续3.4节中的例子，详细讲解如何利用卫星星历参数来计算卫星的运行速度；最后，3.6节将指出可用来减少计算量的文献轨道插值算法，并给出卫星运动的加速度计算公式。

3.1 空间坐标系我们通常用一个物体在某个空间坐标系中的坐标来描述该物体在空间的位置。

GPS领域经常涉及的空间坐标系统，通常可以分为惯性坐标系和地球坐标系两大类，不同的坐标系对于描述GPS卫星和用户的空间位置有着不同的特点。

为了便于描述空间坐标系统，我们首先介绍几个地理术语。

在如图3.1所示的地球自转示意图中，地球自转轴与地球表面的两个交点称为南极和北极，两者统称为地级。

通过地球质心O（及地心）并与地球自转轴垂直的平面称为赤道面，赤道面与地球表面相交的大圆叫赤道。

包含地球自转轴的任何一个平面都叫子午面，子午面与地球表面相交的大圆叫子午圈，而时圈是以南极和北极为端点的半个子午圈。

图3.1 地心直角惯性坐标系地球不仅自转，而且围绕太阳公转。

地球饶太阳公转的轨道平面与地球表面相交的大圆称为黄道。

在地球上的观测者看来，黄道是太阳相当于地球做的运动轨道在地球表面上的投影。

黄道面与赤道面之间约23.5°的夹角称为黄赤交角，而通过地心且与黄道面垂直的直线跟地球表面的两个交点分别称为南黄极和北黄极。