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。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。

Leica SR-530定位系统

徕卡GS10与GS15

Ashtech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。

Z-Xtreme定位系统

JAVAD公司以其双星座（GPS和GLONASS）定位而闻名，典型产品有LGG、JNSBox系列，其中JNSBox－GGD为其最先进的产品，它为双频双星座（GPS和GLONASS）20个通道接收机，采用了Co-Op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。

JNSBox－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Scorpio 6000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。

Scorpio 6502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

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

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，