GPS接收机的工作原理

本篇文章为大家讲解GPS介绍及的构成及原理，供大家查阅

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的。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，基本结构如图所示。

1.接收机天线

接收机天线部分由天线和前置放大器组成。天线的作用是将GPS卫星信号的极微弱的电磁波转化为相应的电流；前置放大器的作用则是将微弱的GPS信号电流进行相应放大。通常对天线部分有如下要求。

(1)天线与前置放大器密封为一体，保障天线部分能够正常工作，减少信号损失。

(2)能够接收来自任何方向的卫星信号，不产生接收死角。

(3)拥有防护和屏蔽多路径效应的措施。

(4)天线的相位中心可保持高度的稳定，并与其几何中心尽量保持一致。

2.接收机主机

1)变频器

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。

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信号通道具有以下作用。

(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。

由于接收机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。

2)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。在存储器内还装有多种工作软件，如自测试软件、卫星预报软件、导航电文解码软件、GPS单点定位软件等。

3)微处理器CPU

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，其主要工作步骤为如下。

(1)接收机开机后，立即指示各个通道进行自检，实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，不断地更新(计算)点的坐标。

(3)用己测得的点位坐标和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。

电源：GPS接收机的电源包括内电源和外接电源。内电源采用锂电池，主要用于RAM存储器供电，以防止数据丢失。外接电源一般采用汽车电瓶或者随机配备的专用电源适配器。当用交流电时，要经过稳定电源或专用电流交换器。

综上所述，GPS信号接收机的任务：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，基至三维速度和时间。