GPS接收机的结构和工作原理

GPS接收机的结构和工作原理

GPS接收机组成及工作原理第三节 GPS接收机的构成第四节注意事项第五节常见问题及解决方法第一节 GPS接收机的分类根据GPS用户的不同要求，所需的接收设备各异。随着GPS定位技术的迅速发展和应用领域的日益扩大，许多国家都在积极研制、开发适用于不同要求的GPS接收机及相应的数据处理软件。

1、按用途分可分为：（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

(3)

授时型接收机

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

3、按接收机的通道数分类：

（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

4、按工作原理分类：

（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）手持式接收机目前生产GPS测量仪器的厂家有几家，产品有几百种，但拥有较为成熟产品的不外乎几家，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公司也已经有了自己的GPS 产品，北京、苏州光学仪器厂也已开始了GPS设备的研制与开发工作。Trimble公司是比较正统的美国GPS仪器制造厂家，整套系统从主机到数据链、从硬件到软件全部自行开发研制，较为典型的仪器为Trimble4700、5700、R

7、R7GNSS，5800、R

8、R8GNSS等型号。Trimble5700定位系统 TrimbleR7GNSS与R8GNSS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 SR-500系列，其产品以高品质、高稳定性著称。SR-500系列接收机基于徕卡革命性的信息净化技术(clear trak)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置。L eica SR-530定位系统徕卡GS10与GS15Ashtech公司是Javad从Trimble公司退出以后创建的，曾号称是“站在巨人的肩上”，最新产品“轨

迹”接收机集接收机、天线、显示器和电池于一体，并首创红外无线数据传输。最近又推出了Z-Xtreme，采用了新的解算方法和新的硬件平台，戏剧性地缩短了RTK测量中整周未知数的解算时间，10～28伏直流供电，功率6W。ZOp跟踪技术、先进的多路径抑制技术、USB和以太网接口，

4、75～28伏直流供电。目前JAVAD公司已被日本Topcon公司收购，但仍保留了其仪器的品牌，并且推出了Hiper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GPS接收机。J NSBox－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公司结成了战略伙伴。S corpio6502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NGS100／200／212，中海达公司的的产品为HD8000／8200／8800。无论那是哪一种仪器，都各有其优点和缺点，不能一概而论，在仪器的选型方面，一定要结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组成。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。

（一）、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，基本结构如下图前置放大器频率放大频率综合基准频率电源信号解扩解调C/A码发生器P码发生器D （t）伪码测量载波相位测量存储器显示器CPUGPS天线变换器信号通道数据输出GPS接收机原理图控制信号

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，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信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D(t)It0/2t0/2t0中放积分滤波积分滤波本地码发生器伪码数控振荡器码环相位误差发生器载波数控振荡器伪测量值电路（码相位跟踪环）环路滤波器载波环相位误差发生器载波相位测量电路多普勒测量电路（载波相位锁相环）29F0、25FF36F相AGC

6、75F7F1/4Fcos（ωt/4）相关通道电路原理图sin

（ωt/4）A/C 转换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：①、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。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。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。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星，达到提高点位精度的目的。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

5、电源 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，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待