GPS信号结构与接收机汇总
GPS系统的组成及信号格式(1)
1 1 10 1 10
1 1 1 1 1 SL （ t） B P P（ t）D（ t） cos （L t L ）
GPS系统的组成
1.1 地面监控站的分布
GPS系统的组成
1.2 监控系统的作用
主控站又称联合空间执行中心（CSOC），它的任务主要有： （1）采集数据，推算编制导航电文。主控站的大型电子计算机采 集本站和5个观测站的所有观测资料，根据收集到数据，推算各卫 星的星历、卫星钟差改正数、状态数据以及大气改正数。 （2）给定全球定位系统时间基准。GPS的监测站和各个卫星上都 有自己的原子钟，他们与主控站的原子钟并不同步，全球定位系 统中以主控站的原子钟为基准，测出其他星钟和监测站站钟对于 基准钟的钟差，并将这些钟差信息编辑到导航电文中，传入到注 入站，转发至各卫星。 （3）协调并管理所有地面监测站和注入站系统，诊断所有地面支 撑系统和天空卫星的健康状况。 （4）调整卫星运动状态，启动备用卫星。
GPS系统的组成和信号格式
GPS系统的组成
GPS定位系统包括三大组成部分: 1.地面监控部分； 2.空间卫星部分；
3.用户接收部分。
GPS系统的组成
1.1 地面监控站的分布
GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站,三 个注入站和（Colorado Spings）的联合空间执行中心 CSOC ；三个注入站 分别设在大西洋的阿森松（Ascension），印度洋的 狄哥.伽西亚（Diego Garcia）和太平洋的卡瓦加兰 (Kwajalein) 三个美国空军基地上；五个监测站， 除一个单独在夏威夷外，其余四个都分设在主控站 和注入站上。
第七章 GPS卫星信号接收机
第六讲GPS接收机学习指导主要介绍GPS接收机及其系统，内容包括：GPS接收机的组成及基本原理、GPS 卫星信号接收机的分类、常见GPS测量接收机、GPS卫星接收机的选用与检验。
教学目的是使学生掌握GPS接收机的组成及基本原理，了解GPS接收机的分类、各类GPS 测量接收机的特征，学习GPS卫星接收机的选用与检验。
为GPS接收机选购、GPS测量的外业实施和数据处理打下理论基础。
本讲内容的特点是设备硬件概念多、技术指标多，不涉及技能训练。
学习时重点掌握各类GPS接收机的组成、各种常见GPS测量接收机。
对于GPS卫星接收机的检验过程不要求掌握，但对检验的项目应当理解并熟练掌握运用。
应能结合GPS卫星接收机的选用，从中看出影响定位精度的各种因素，并能通过以后章节学习，掌握相应的GPS测量接收机分类，选择合适的GPS接收机以保证测量精度的措施。
本单元教学重点和难点4、GPS接收机的结构。
教学目标1、熟悉GPS接收机的结构；2、了解GPS接收机的分类；3、了解GPS接收机的天线装置。
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。
一、GPS接收机的结构原理1 GPS接收机的基本结构144145信号通道变频 器电源频率综合基准频率前置放大 器频率变换 器信号解扩解调D(t)伪码 测量载波相位 测量显示器C/A 码发生器P 码发生器控制信号GPS 天线存储器CPU 数据输出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。
GPS接收机的结构和工作原理
GPS接收机的组成及工作原理目录第一节 GPS接收机的分类第二节 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十家，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Trimble 4700、5700、R7、R7GNSS，5800、R8、R8GNSS等型号。
Trimble 5700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。
GPS系统组成
一.GPS—卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分系统包括三大部分：空间部分GPS——GPS信号接收机。
GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。
24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。
每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。
在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为12恒星时。
这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。
位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到11颗。
在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。
这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。
对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做间隙段。
但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续“”实时牡己蕉ㄎ徊饬俊?GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。
地面监控系统卫星是一动态已知点。
星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其对于导航定位来说，GPS—轨道的的参数算得的。
每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。
卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。
地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。
这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求—出钟差。
然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。
GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。
GPS信号接收机GPS 信号接收机的任务是：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，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，位置，甚至三维速度和时间。
gps接收机工作原理
gps接收机工作原理GPS接收机工作原理一、引言随着科技的进步和智能手机的普及，GPS（全球定位系统）已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。
无论是导航、定位还是位置服务，GPS都扮演着重要的角色。
而GPS接收机作为接收和处理GPS信号的关键设备，其工作原理也备受关注。
本文将重点介绍GPS接收机的工作原理。
二、GPS接收机的组成GPS接收机主要由天线、射频模块、数字信号处理器和用户界面等组成。
其中，天线用于接收来自GPS卫星的信号，射频模块负责将接收到的信号转换为中频信号，数字信号处理器则负责处理中频信号并计算出接收机的位置信息，用户界面则提供给用户显示和操作接收机的界面。
三、GPS信号的接收GPS信号是通过卫星发射并在空中传播的无线电波。
接收机的天线通过指向卫星并接收其发射的信号。
GPS卫星通常由地面控制站控制，保持在预定的轨道上并以特定的速度运行。
GPS卫星发射的信号包含有关卫星身份、时间和导航消息等信息。
接收机的天线会捕捉到这些信号并将其传输给射频模块。
四、信号的转换与处理射频模块将接收到的信号转换为中频信号。
中频信号的频率通常在几百兆赫范围内。
接着，中频信号被传输给数字信号处理器进行进一步处理。
数字信号处理器首先对信号进行解调，将其转换为数字信号。
然后，它会对接收到的信号进行解码和计算，以获得接收机的位置信息。
五、计算位置信息接收机通过解码GPS卫星发射的导航消息，获取卫星的位置和时间信息。
接着，它会使用三角定位原理计算出自身与至少三颗卫星之间的距离。
这些距离被称为伪距，通过与卫星的位置和时间信息结合，接收机可以计算出自身的三维位置坐标。
六、增强定位精度为了提高定位的精度，GPS接收机通常会同时接收多颗卫星发射的信号。
通过接收多颗卫星的信号，接收机可以使用差分定位技术进一步减小定位误差。
差分定位技术利用地面上的基准站测量出的真实位置信息，与接收机计算出的位置信息进行比较，从而得到更准确的位置。
gps接收机结构
２ ＧＳ ． Ｐ 信号接收机 ２ ２２ １ Nhomakorabea述 ．．
ＧＳ Ｐ 信号接收机，是ＧＳ Ｐ 导航卫星的用户设备，是实现 ＧＳ Ｐ 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 ＧＳ Ｐ 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、 跟踪和处理弱达
硬件实现。
在信号数字化以后， 全部处理交给软件实现。 信号捕获的目的是发现某一卫 星的信号， 跟踪则是找出导航数据的相位转换。 信号 在传统接收机中， 捕获和跟 踪由 硬件实现。 根据导航数据的 相位转换， 可以获取导航数据的子帧， 进而得到 星历数据和伪距， 从星历数据可确知卫星位置。 最终， 用户位置可通过卫星位置
码，Ｐ ）码跟踪只有在加密单元的辅助下才能产生。ＳＳ （ Ｙ Ｐ 接收机只跟踪 Ｌ 上 １
的ＣＡ 在这两种基本接收机类型中，还有一些变形，比如无码 Ｌ 跟踪接收 ／ 码。 ２ 机。 大多数接收机有多个通道， 每个通道跟踪来自 一颗卫星的发射信号。 本文仅 对Ｃ 码单频Ｇｓ 八 Ｐ 导肮接收机作研究。
２． ．２硬件 Ｇ Ｓ ２ Ｐ 信号接收机架构 传统的ＧＳ Ｐ 接收机通常有图２２ ． 所示的架构。基带数字处理 ＡＩ 部分完成 ＳＣ
成都理工大学硕士学位论文
基带信号处理（ 捕获和跟踪的相关运算） ，微处理器从 ＡＩ 输出的相关输出结果 ＳＣ
译出的导航数据， 从而可以 得到卫星星历及伪距， 星历可用来得到卫星位置， 并 最终可由卫星位置及伪距解算出用户位置等信息。 传统硬件接收机底层的基带数 字信号处理部分（ 包括捕获、 跟踪的相关运算） 是采用专用ＧＳ Ｐ 信号通道处理芯片 （ Ｉ） Ａ Ｃ来执行，这种 ＡＩ 芯片运行速度快，但难以 Ｓ ＳＣ 修改算法及缺乏灵活性。
第4章 GPS卫星信号和GPS信号接收机2
• C/A码接收机
• P码接收机
平方型接收机――无码接收机
利用平方技术去掉调制码，来恢复载波 （半波），然后，通过测定接收机内产生 的参考载波信号与接收到的卫星载波信号 之间的相位差，来获取载波相位观测值。
多路复用通道
“对进入该通道的所有卫星信号，在软件的 控制下，按时序依次进行跟踪和量测”
对卫星信号量测一个循环，所需时间小于或等 于20ms，比序贯通道的时间要短。
优点： ① ② ③能同时接收卫星的导航电文； ④可以连续地跟踪载波信号，实现对载 波相位的连续测量。 缺点：①通道的控制软件较为复杂； ②接收GPS卫星信号的信躁比较低。
接收机的工作原理，主要是指其对所跟踪 卫星信号的处理和量测方法。 接收机对卫星信号的处理、量测，都是在 其信号通道内实现的，所以接收机的工作 原理与信号通道的工作原理是一致的。
GPS/GLONASS集成接收机
1．概念：
所谓GPS/GLONASS集成接收机，就是用一台 接收机同时接收和测量GPS及GLONASS两种 卫星信号，从而使世界上任意位置的陆、海、 空用户，能够精确地测得其三维位置、三维速 度和时间，甚至三维姿态参数，并确保它们达 到稳定可靠的高精度。如图
码相位型通道
在码相位通道中，使用数字通信系统中的 自相关技术或互相关技术，进行码相位量 测，获得测距码相位的量测值。 优点：
• 无需掌握测距码(C／A码 、P码)的结构，便 能获得载波信号，进行载波相位测量。
缺点：
• 无法获得卫星的导航电文； • 观测量的精度较低，定位的精度也较低。
gps接收机的工作原理
gps接收机的工作原理
GPS接收机的工作原理是基于接收卫星发射的信号来确定位
置和时间。
该接收机由接收天线、射频前端、数字信号处理器和定位引擎等主要组件构成。
首先，接收天线接收到由GPS卫星发射的无线电信号。
这些
信号包含卫星的位置、时间以及卫星发射信号的精确时间标记。
接收天线将这些信号转换为电信号，并将其传输到射频前端。
射频前端主要负责放大、滤波和频率转换。
信号经过放大后，被传送到下一阶段的数字信号处理器。
数字信号处理器接收到射频前端传递的电信号，并将其转换为数字信号。
然后，它使用数字信号处理算法对信号进行处理、解码和解调，以提取出卫星发射的导航信息。
处理完的数字信号包含了卫星的位置、时间以及接收机接收到信号的时间戳。
这些信息被传送到定位引擎进行进一步处理。
定位引擎使用三角定位原理，通过接收到的来自至少三颗卫星的导航信息以及它们相对于接收机的位置，计算出接收机所在的位置。
通常，接收机会接收到更多的卫星信号，以提高定位的精度。
最后，GPS接收机将确定的位置和时间信息传递给用户，用
户可以根据这些数据进行导航、定位等应用。
整个过程是通过接收、处理和计算卫星发射信号实现的。
第八章GPS卫星信号接收机
第八章 GPS卫星信号接收机 8.1接收机的分类
多通道接收机
具有四个及四个以上信号通道，且每个通道只连 续跟踪一个卫星信号的接收机。
能够不间断地跟踪每个卫星信号，从而可连续地对 卫星信号的测距码和载波进行量测，且具有较好的信噪 比。
缺点：各通道间存在信号 延迟的偏差，必须进
行比对和改正；另外，由于通道数较多，结构较为复杂， 不利于减轻接收机的重量和体积。
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
可同时接收L1、L2 载波信号，可有效消除电离层延迟 影响，定位精度高，基线长达几千公里。
单频接收机的优点是工艺成熟，所用的电子元件较 少，对微处理器的要求较低，不需要昂贵的互相关器，
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第八章 GPS卫星信号接收机
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第八章 GPS卫星信号接收机
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第八章 GPS卫星信号接收机
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第八章 GPS卫星信号接收机
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第八章 GPS卫星信号接收机 8.1接收机的分类
接收机的类型
根据工作原理： 码相关型 平方型 混合型 根据接收信号的 频率： 单频 双频
根据用途：
导航型
测量型
授时型 根据信号通道：
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第八章 GPS卫星信号接收机 8.1接收机的分类
序贯通道接收机
序贯通道，可对进入该通道的卫星信号，在软件的 控制下按时序依次进行跟踪和量测，其对所测卫星信号 量测一个循环，所需时间大于20ms。
由于序贯通道在对多个卫星信号依次进行量测时， 其在不同信号之间的转换率，与导航电文的比特率(50 比特／秒)是不同步的，所以序贯通道在对一个卫星信 号测量时，将要丢失其他一些卫星信号的信息，无法获 得卫星的完整导航电文。因此，一个序贯通道接收机， 一般都需要一个额外的通道来获取电文。
gps接收机原理
gps接收机原理GPS接收机原理GPS（全球定位系统）接收机是一种能够接收并解码卫星信号以确定位置的设备。
它利用卫星发射的信号和三角测量原理来确定接收机所在的位置，从而实现导航和定位功能。
本文将详细介绍GPS接收机的工作原理以及其相关技术细节。
一、卫星信号接收GPS系统由一组运行在地球轨道上的卫星组成，每颗卫星都带有高精度的原子钟。
这些卫星通过无线电波将时间和位置信息广播到地面上的GPS接收机。
GPS接收机接收到卫星发射的信号后，利用内置的天线将信号接收进来。
二、信号处理接收到的GPS信号经过天线传输到接收机的射频模块，射频模块将高频信号转换为中频信号。
接着，中频信号进入基带模块进行信号处理。
基带模块主要包括信号放大、滤波、下变频等环节。
通过这些信号处理步骤，接收机能够提高信号的质量和可靠性。
三、解码定位解码是GPS接收机中最重要的步骤之一。
在解码过程中，接收机将接收到的信号转换成数字信号，并提取出所需的导航数据。
这些导航数据包括卫星位置、时间信息以及其他辅助信息。
通过解码，接收机能够确定卫星的位置和时间，从而实现位置的计算和导航功能。
四、位置计算接收机通过收集多颗卫星的信号并计算其位置，进而确定接收机自身的位置。
这个过程是通过跟踪至少四颗卫星信号并使用三角测量原理来实现的。
通过测量接收机与卫星之间的信号传播时间差，接收机可以计算出自身与每颗卫星之间的距离。
通过多次测量和计算，接收机可以确定自身的位置坐标。
五、误差校正GPS接收机的精度受到多种误差的影响，包括大气延迟、钟差、多径效应等。
为了提高定位精度，接收机需要进行误差校正。
误差校正的方法主要有差分GPS、RTK（实时动态定位）以及基站辅助等。
这些方法通过引入辅助数据和技术手段，可以有效降低定位误差，提高精度。
六、应用领域GPS接收机在现代导航和定位领域有着广泛的应用。
除了汽车导航系统和航空导航系统外，GPS接收机还被广泛应用于军事、航海、地理勘测、测绘、野外探险等领域。
第7章GPS接收机及其电路
可以计算三种不同的测量值： 伪距、Δ距离（有时称做Δ伪距）
和积分多普勒频移。所希望的测量值和解调后的导航消息数据
送至基带处理器。基带处理器对接收机信号的截获、跟踪和数
据采集进行控制，并处理接收机的测量值形成PVT解。在一些应
用中， 也可用专门的微处理器同时完成PVT的计算和相关联的
导航功能。
第7章 GPS接收机及其电路 7.1.3 数字GPS
μA
电池备用模式
峰到峰的纹波
100
mV
运行模式
信号捕获性能
水平方向精确性
9.7
m
2DRMX
速度精确性
0.06
m/s
1Sigma
差分 GPS 精确性
＜1
m
2DRMS
数据更新速率分辨率
1
s
时间标记
1
s
1s±100ns（1Sigma）
串行数据输出协议
二进制，NMEA-0183
置放大器组成。天线为右圆极化（RHCP）形式，典型的覆盖角 是160°，其增益变化在天顶约为2.5 dBic，在仰角为10°时接 近于1（RHCP天线的单位增益也可以用全向圆极天线表示为0 dBic=0 dB），在10°以下增益一般变为负的。由于卫星信号是 RHCP形式，适合于用圆锥螺旋天线或其变形（如定向天线、 偶极子天线、微带天线、螺旋天线等）进行接收。同时在L1和 L2波段上跟踪P（Y）码的GPS接收机需要同时在两个频率上具 有20.46 MHz的带宽。如果GPS接收机只跟踪L1波段上的C/A码， 天线（和接收机）在飞机上倾向于使用薄剖面、低空气阻力的 片状天线，而陆上运载体（如汽车）可使用较大外形的天线。
7.2.2第R7F章80G0P9的S接主收要机性及能其指电标路
GPS接收机硬件组成
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其基本结构图：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。
1、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。
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。
3、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 4、 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。
gps接收机 原理
gps接收机原理GPS接收机是一种能够接收全球定位系统（GPS）信号的设备。
它通过接收来自卫星的信号，利用三角定位原理计算出自身的位置，并将其以数字形式输出。
GPS接收机的原理主要包括接收卫星信号、信号处理和位置计算三个部分。
GPS接收机通过接收卫星信号来确定自身的位置。
全球定位系统由一组24颗卫星组成，这些卫星分布在地球轨道上，每颗卫星都会向地面发射无线电信号。
GPS接收机接收到这些信号后，通过测量信号的到达时间和卫星位置信息，可以计算出自身与卫星的距离。
为了确保定位的准确性，GPS接收机至少需要接收到4颗卫星的信号。
接收到的信号经过处理后被转换成数字信号。
GPS接收机会对接收到的卫星信号进行放大、滤波和解调等操作，以确保信号的稳定和可靠。
同时，由于卫星信号在传输过程中会受到大气层的影响，GPS接收机还会对信号进行校正，以消除误差并提高定位的精度。
通过三角定位原理计算出自身的位置。
GPS接收机通过测量自身与多颗卫星之间的距离，利用三角定位原理计算出自身的经纬度坐标。
具体而言，GPS接收机会先计算自身与每颗卫星之间的距离，然后利用这些距离和卫星的位置信息，应用三角函数计算出自身的经纬度。
由于GPS接收机内部已经预先存储了卫星的位置信息，因此计算过程可以在接收机内部完成。
GPS接收机的原理虽然简单，但它在实际应用中却有着广泛的用途。
首先，GPS接收机可以用于导航和定位。
无论是汽车导航、船舶导航还是航空导航，都离不开GPS接收机的定位功能。
其次，GPS接收机还可以用于时间同步。
由于卫星上的原子钟具有极高的精度，因此通过接收卫星信号，GPS接收机可以获取到非常准确的时间信息。
此外，GPS接收机还可以用于测量和监测，例如地质勘探、环境监测等领域。
GPS接收机是一种利用卫星信号进行定位的设备。
通过接收卫星信号、信号处理和位置计算，GPS接收机能够准确计算出自身的位置，并在导航、定位、时间同步等领域发挥着重要的作用。
gps基本原理
gps基本原理GPS（全球卫星定位系统）是一种基于卫星技术的全球定位系统，它可以通过接收来自卫星的信号，确定地球上任何一个位置的精确坐标。
GPS基本原理包括三个方面：卫星轨道、信号传输和接收机。
一、卫星轨道GPS系统由24颗卫星组成，这些卫星分布在地球轨道上，每颗卫星都维持着一个精确的轨道。
这些卫星以大约12小时的周期绕地球旋转，并在不同的高度上运行。
这些高度不同的轨道组成了三个不同类型的轨道：中圆轨道（MEO）、地球同步轨道（GEO）和低圆轨道（LEO）。
其中MEO是最常用的一种，它们以高度为20,200公里左右的中心角度偏差为55度左右运行。
二、信号传输GPS系统通过向空间发射无线电信号来完成定位任务。
每个GPS卫星都发射两种不同类型的无线电信号：L1频段和L2频段。
L1频段是1575.42 MHz，L2频段是1227.60 MHz。
这些无线电信号在传输过程中会受到大气层、建筑物和其他物体的干扰。
因此，GPS系统采用了一种称为“传输码”的技术来纠正这些干扰。
传输码是一种特殊的编码方式，它能够将原始信号变成一种更加稳定和可靠的信号。
三、接收机GPS接收机是用于接收卫星信号并计算位置信息的设备。
GPS接收机通过接收来自多颗卫星的信号，并计算出每颗卫星与接收机之间的距离。
通过测量多个卫星与接收机之间的距离，GPS系统可以确定接收机所在位置的精确坐标。
总结GPS基本原理包括卫星轨道、信号传输和接收机。
GPS系统由24颗卫星组成，它们以不同高度和轨道运行，并发射两种不同类型的无线电信号：L1频段和L2频段。
这些无线电信号在传输过程中会受到干扰，因此采用了传输码技术来纠正这些干扰。
GPS接收机通过测量多个卫星与接收机之间的距离，可以确定接收机所在位置的精确坐标。
第四章GPS信号接收机
4.7*2.6*8.2(in)
1.2kg 18 100ns <90s <30s
作业温度
功耗/ W 天线类型 定位精度
-30~55
6 微带 5mm+1PPM
-20~55
7 微带 5mm+1PPM
-40~65
6 微带 5mm+1PPM
GPS接收机基本工作原理
设计要求：
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效应的措施； 相位中心保持高度稳定，并与其几何中心尽量一致。
天线单元：天线和LNA 接收单元
◆变频器和中频放大器
◆信号波道 ◆存储器 ◆计算和显示控制单元
第4章 GPS信号接收机
4.1
GPS信号接收机的类型与发展 4.2 GPS信号接收机的基本结构 4.3 GPS信号接收机的工作原理 4.4 GPS信号接收机的基本性能检验
4.1 GPS信号接收机的发展与类型
4.1.1 GPS信号接收机的发展
GPS信号接收机，是GPS导航卫星的用户设备，
1个通道跟踪多颗卫星的信号 1个跟踪周期小于或等于20ms 优点
- 量测周期短； - 能在不同的卫星信号之间，以及L1和L2信号之间进行高 速转换，不仅能获得导航电文，而且可以连续跟踪载波信号
缺点
- 控制软件较为复杂 - 信噪比较多通道接收机为低
四、按工作原理分
码相关型接收机 平方型接收机 混合型接收机 干涉型接收机
单一GPS星座和GPS/GLONASS混合星座 的二维位置差分测量精度的比较
gps简介
gps简介3.GPS接收机3.1 接收机的组成1）天线单元GPS信号接收机的天线单元为接收设备的前置部分。
天线单元包含接收天线和前置放大器两部分。
其中天线部分可能是全向振子天线或小型螺旋天线或微带天线，但从发展趋势来看，以微带天线用的最广、最有前途。
为了提高信号强度，一般在天线后端设置前置放大器（LNA），前置放大器的作用是将由极微弱的GPS信号的电磁波能量转换成为弱电流放大。
前置放大器分外差式和高放式两种。
由于外差式前置放大器不仅具有放大功能，还具有变频功能，即将高频的GPS信号变换成中频信号，这有利于获得稳定的定位精度，所以绝大多数GPS接收机采用外差式天线单元。
2）信号通道信号通道是一种软件和硬件相结合的复杂电子装置，是GPS接收机中的核心部分。
其主要功能是捕获、跟踪、处理和量测卫星信号，以获得导航定位所需要的数据和信息。
通道数目有1到24个不等，由接收机的类型而定。
总的来讲，信号通道目前有相关型、平方型和相位型等三种。
新一代GPS信号接收机广泛采用相关型通道,主要由信号捕获电路、伪噪声跟踪环路和载波跟踪环路组成。
3）存储器这是GPS信号中接收机将定位现场采集的伪距、载波相位测量、人工量测的数据及解译的卫星星历储存起来的一种装置，以供差分导航和作相对定位的测后数据。
4）微处理机接收机的计算部分由微处理机和机内软件组成。
机内软件是由接收机生产厂家提供的，是实现数据采集、通道自校自动化的重要组成部分，主要用于信号捕获、跟踪和定位计算。
微处理机结合机内软件作下列计算和处理：（1）开机后指令各通道自检，并测定、校正和存储各通道的时延值；（2）解译卫星星历，计算测站的三维坐标；（3）由测站定位坐标和卫星星历计算所有卫星的升降时间、方位和高度角，提供可视卫星数据及卫星的工作状况，以便获得最佳定位星位，提高定位精度。
3.2 GPS天线使能上一节提到GPS天线的前置放大器，也叫LNA，如果GPS功能已经打开，但是搜星效果较差，可以检查GPS的天线使能脚是否拉高（因为发射功率的问题，GPS天线对GPS搜星效果影响很大）。
GPS接收机硬件组成
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其基本结构图：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。
1、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。
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。
3、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 4、 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。
第 3 讲 GPS定位系统组成及导航电文结构分解
（ 第 3数 据 块 ）
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
第1字 遥测字
第2字 交接字
...
第10字
第1字
第2字
(30bits) 遥测字 交接字
...
第10字
(30bits)
...
(30bits) (30bits)
(30bits) (30bits)
铯原子钟
计算机
2块7m2的太阳能翼板
无线电收发两用机
导航荷载（接收数据，发 射测距和导航数据）
姿态控制和太阳能板指向 系统
GPS卫星结构
在星体两端面上 装有全向遥测遥 控天线，用于与 地面监控网通信。
双叶对日定向太阳能
电池帆板，全长 5.33m，接受日光面 积7.2m2。
多波束定向天线，这是一种由12个单元构成 的成形波束螺旋天线阵，能发射L1和L2波段 的信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。
（5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫 星的姿态和启用备用卫星。
2、地面监控部分
科罗拉多•斯必灵 司
55
夏威夷
阿松森
迭哥•伽西亚
卡瓦加兰
地面监控部分主要包括：一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森（Ascencion) 迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein)
第二节、GPS卫星信号
导航电文
第1主帧
第2主帧
...
(1500bits)
(1500bits)
第25主帧 (1500bits)
第1子帧 （第1数据块）
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* 在L2上调制C/A码 * 在L1和L2增加调制M码
*
GPS 现 代 化 实 施之前
2003年以后 L2增加C/A码
2005年以后 增加L5,M码
*
* 模二和
* 逻辑上：异或运算
1 1 0; 1 0 1; 0 1 1; 0 01” 表示二 0 * 双极性乘法运算：“
LPX＝LPa·LPb
*所以GPS系统信号码都采用复合形成的伪随机序列编码。
GPS的测距码
GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码），均 属于伪随机码。 C/A码： GOLD（哥尔德）码，是由两个10级反馈移位寄 存器组合（模2和）而产生。
P码产生的原理与C/A码相似，但更复杂。 *①码周期很长，不易破译，利于保密。 *②每个卫星独用一个时区，可充分利用复合码自相关 特性。 *③可进行无模糊测距。 缺点： *码很长，不易捕获，从而需利用C/A码进行捕获。 *C/A码与P码同步采用同一基准时钟，还在P码的每个 历元时刻（初始时刻）使C/A码的两组移位寄存器全 置1。 *采用统一时钟的优点还在于在捕获C/A码基础上便于 捕获P码。
导航电文内容
4、第二数据块 第二数据块包括第2和第3子帧，其内容表示 GPS卫星的星历，描述卫星的运行及其轨道的参 数，包括下列三类： a、开普勒六参数。 b 、轨道摄动九参数。 C、 时间二参数
,i , M 0 , n, e, a , 0 , i0 , , Cuc , Cus , Crc , Crs , Cic , Cis , toe , AODE
* 增加L5 – 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm
*
*特点
*所选择的频率有利于测定多普勒频移 *所选择的频率有利于减弱信号所受的电离
层折射影响
*选择两个频率可以较好地消除信号的电离
层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频 率有关）
*
* 作用
* 性质
* 测距 * 编码增益，抗干扰 * 伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise） * 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数
6
7
8
9
10
30比特
0.6s
0.02s
25页 导航电文的格式
一帧导航电文的内容
一个子帧6s长，10个字，每字30比特
子帧 1 TLW HOW 数据块—1时钟修正参数 子帧 2 TLW HOW 数据块—2星历表 子帧 3 TLW HOW 数据块—2星历表继续 子帧 4 TLW HOW 数据块—3卫星历书等 子帧 5 TLW HOW 数据块—3卫星历书等
进制“0”， “-1”表示二进制“1”
1 1 1; 11 1; 1 1 1; 11 1
*
* 二进制信号的相位调制
S (t ) B(t ) cos( t )
2PSK
*
SiL1(t)＝AC(Pi(t) ⊕Di(t))sin(ωL1t＋ψ1)＋Ac(Ci(t) ⊕ Di(t))cos(ωL1t＋ψ1) SiL2(t)＝AP(Pi(t) ⊕ Di(t))sin(ωL2t＋ψ2)
*第二数据块
*第2、3子帧的第3~10个字 *表示GPS卫星的星历，为用户提供了和计算卫星运动的
信息，描述卫星运行及轨道的参数 *发送该信号卫星的星历 － 广播星历
* 星历参数：开普勒六参数 * 时间二参数：
轨道摄动九参数
* AODE——星历表数据龄期，表示广播星历外推时间间隔，它是星历参
*
* SiL1(t)＝APPi(t)Di(t)cos(ω1t＋ψ1i)＋ * SiL2(t)＝BPPi(t)Di(t)cos(ω2t＋ψ2i)
AcCi(t)Di(t)sin(ω1t＋ψ1i)
L1 载波
调制
C/A码 P码（Y码） 数据码
-3 -2
y = sin x y 1
调制
2
*主要内容包括：标识码，时延差改正；星期序号；卫星
健康状况；数据龄期；卫星时钟改正系数等
* L2所调制测距码标识符 – “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码 * 星钟数据龄期AODC：时钟改正数的外推时间间隔，指明卫星时 钟改正数的置信度。 AODC tOC t L * 星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）
154
120
1575.42MHz L2载波 1227.60MHz
10.23MHz
50BPS
GPS载波信号
基本频率控制产生三种信号分量
f 0 10.23MHz
L2 Carrier 1227.6 MHz
f0 x 120
f0 x 154 f0
L1 Carrier 1575.42 MHz
Clock O utput 10.23 MHz
Navigation Message
导航电文
子帧1 子帧2 子帧3 子帧4 子帧5
卫星星历 卫星工作状态 时间系统 卫星钟偏差校正参数 轨道摄动改正参数 大气折射改正参数
子帧 I
遥测字 +转换字 + 数据块 I
导航电文
二进制码
GPS卫星导航电文
每帧导航电文含5个子帧，每个子帧分别含有10个 字，每个字30比特，故每个子帧共300比特，播发 时间6s。 为记载多达25颗卫星，子帧4、5各含有25页。子帧 1、2、3和子帧4、5的每一页构成一个主帧。主帧 中1、2、3的内容每小时更新一次，4、5的内容仅 当给卫星注入新的导航电文后才得以更新。
*
卫星信号的解调关键在于恢复相干载波（相 位），可通过以下两种解调技术来恢复载波 （相位）： （1）复制码与卫星信号相乘： 由于调制码的码值是用1的码状态来表示的， 当把接收的卫星码信号与用户接收机产生的复 制码（结构与卫星测距码信号完全相同的测距 码），在两码同步的条件下相乘，即可去掉卫 星信号中的测距码而恢复原来的载波。 但此时恢复的载波尚含有数据码即导航电文。 这种解调技术的条件是必须掌握测距码的结构， 以便产生复制码。
1帧
30s 1500 比特
导航电文内容
1、遥测码（TLW—Telemetry WORD） 位于个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。 遥测码的第1～8比特是同步码，使用户便于解 释导航电文；第9～22比特为遥测电文，其中包 括地面监测系统注入数据时的状态信息、诊断信 息和其它信息。第23和第24比特是连接码；第 25～30比特为奇偶校验码，它用于发现和纠正 错误。
（2）平方解调技术： 将接收到的卫星信号进行平方，由于处于+1、-1状态的 调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。 故卫星信号平方后，可达到解调目的。 采用这种方法，可不必知道调制码的结构，但平方解调 后，不仅去掉了卫星信号中的测距码，而且也同时去掉 了导航电文。
*
1．伪随机噪声码及其特点
振幅；
*AP、AC分别为载波L1(1575.42MHz)和载波L2(1227.6 MHz)的 *Pi(t) 、Ci(t)和Di(t)分别为第i颗GPS的P码、C/A码和D码； *ωL1、ωL2分别为载L1、L2的角频率； *ψ1、ψ2分别为第i颗GPS卫星的载波L1、L2的初相。 *SiL1(t)、 SiL2(t) 共用天馈发射
•Two Carrier Frequencies（载波频率） •L1 is 154 x f0 = 1575.42 MHz, which has a wavelength of 0.19 m •L2 is 120 x f0 = 1227.6 MHz, which has a wavelength of 0.24 m
GPS卫星导航电文
GPS卫星的导航电文，是用户用来定位和导航的数 据基础。 导航电文包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时 钟改正、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折 射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。导航电文 又称为数据码（或D码）。 导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向 外播送。每帧电文含有1500比特，播送速度 50bit/s，每帧播送时间30s。
1 19.03cm
2 24.42cm
*GPS卫星信号的组成部分
*载波（Carrier） *L1 *L2 *测距码（Ranging Code） *C/A码（目前只被调制在L1上） *P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） *卫星（导航）电文（Message） *GPS卫星信号的生成 *关键设备 – 原子钟
*GPS卫星信号的载波和
调制
GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测 距码和数据码。信号分量的产生都是在同一 个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生，采 用正交2PSK调制。
基本频率 10.23MHz
204600 10
L1载波 C/A码 1.023MHz P码 10.23MHz P码 数据码 50BPS 数据码
导航电文内容
2、转换码（HOW—Hand Over Word） 紧接各子帧的遥测码，主要向用户提供用于捕 获P码的Z记数。所谓Z记数是从星期日零时起， P码子码X1的周期（1.5秒）的重复数。因此， 当知道了Z计数，便能较快地捕获到P码。
导航电文内容
3、第一数据块 第一数据块位于第1子帧的第3～10字码，它 的主要内容包括： a、时延差改正Tgd－就是载波L1、L2的电离层 时延差。 b 、数据龄期AODC－是时钟改正数的外推时间 间隔，它指明卫星时钟改正数的置信度。 C、 星期序号WN－表示从1980年1月6日子夜 零点（UTC）起算的星期数，即GPS星期数。 d 、卫星时钟改正－GPS时间和UTC时间之间存 在的差值。
* 由卫星上的原子钟直接产生 * 频率为10.23MHz * 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分
频
*
f L1 154 f 0 1575.42MHz; L1 19.03cm f L 2 120 f 0 1227.60MHz; L 2 24.42 cm C / A码码率 f 0 10 1.023MHz; P码码率 f 0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f 0 20460000 50 Hz