北斗导航系统接收装置的分类及原理阐述

北斗导航系统接收装置的分类及原理阐述
1 接收机的分类
接收机终端是卫星导航系统的重要组成部分，目前世界上使用最多最广泛的是GPS接收机，产品种类繁多，有上百种[1]。

按其用途分类：导航型接收机。

这种类型的接收机主要是用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。

它一般采用C/A码微距测量，单点定位精度较低，一般为±25mm。

导航型接收机还可以细分为：车载型，应用于车辆导航和定位；航海型，应用于船舶的导航和定位；航空型，应用于飞机的导航和定位，由于飞机速度较块，因此这种接收机要求能适应高速运动的状态；星载型，应用于卫星的导航定位。

测地型接收机。

测地型接收机主要应用于精密大地测量和精密工程测量，其优点是定位精度高，但是结构复杂，价格昂贵。

授时型接收机。

授时型接收机主要是通过GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常常应用于天文台和无线电通讯中的时间同步。

按照接收机的工作原理分类：码相关型接收机：码相关型接收机采用码相关技术测定伪距观测量，它需要知道伪随机噪声码的结构，因为P码对一般用户保密，所以碼相关型接收机又可以分为C/A码接收机（一般用户使用）和P码接收机（特许用户使用）。

平方型接收机：平方型接收机利用载波信号的平方技术去掉调制信号来恢复完整的载波信号，并通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差测定伪距。

因为不需要知道测距码的结构，所以又被称为无码接收机。

混合型接收机：同时兼具以上两类接收机的优点，既可以获得码相位伪距，又能够测定载波相位观测值。

目前市场上主要是这种接收机。

按照接收机接收的卫星信号频率分类：单频接收机：单频接收机只能接收L1载波信号。

因为电离层改正模型不精确，不能有效地消除电离层延迟的影响，因此，通常适用于短基线的精密定位和导航。

双频接收机：双频接收机可以同时接收L1和L2载波信号，双频技术的应用既可以有效地消除电离层的影响，又可以提高定位精度。

双频接收机可以应用于上千公里的精密定位和导航。

按照接收机的通道数目分类：多通道接收机：多通道接收机可以接收多个卫星的信号，每个通道只连续跟踪一颗卫星信号。

不同的卫星信号在不同的通道中
处理、测量获得不同的观测值。

序贯通道接收机：序贯通道接收机只有一个信号通道，为了能够跟踪多颗卫星，必须由相关的软件控制通道，按照时间顺序依次对每颗卫星进行跟踪测量，因此对卫星跟踪测量一个循环需要较长时间，每当观测当前卫星时，将会丢失其他卫星的信息。

这种接收机不能够对每颗卫星进行连续观测，也不能获得完整的导航电文。

导航电文的获取可以通过单独再设置一个通道解决。

多路复用通道接收机：多路复用通道接收机只设置一、二个通道，并由相关软件控制。

但是它跟踪测量一个循环的时间要少很多（一般小于20ms），既实现了接收机对卫星信号的连续跟踪测量，又能获得完整的导航电文，并且其信噪比要低于多通道接收机。

2 接收机的工作原理
当今市场上流行的主要是GPS接收机，下面将以GPS接收机为例介绍其基本的工作原理。

尽管GPS接收机有许多种不同的类型，但是其主要结构大体相同，主要分为天线单元和接收单元两大部分。

天线单元主要功能是接收GPS卫星信号，将卫星信号的微弱电磁波转化为电流，然后对电流进行放大和变频处理。

接收单元主要功能是对经过天线单元处理的信号电流进行跟踪，处理和测量。

图
1-1描述了GPS接收机的构成概况。

图1-1 接收机的主要构成
天线单元：GPS信号接收机的天线单元由接收天线和前置放大器两部分组成。

天线的主要作用是把接收到的卫星信号的电磁波转化为相应的电流。

前置放大器将相应的GPS信号电流放大，变频，把L1、L2载波的高频信号转换为低一两个数量级的中频信号。

GPS信号接收天线应满足如下基本要求：（1）天线和前置放大器密封在一起，保证在恶劣环境下正常工作。

（2）天线相位中心保持高度稳定。

（3）天线要有是一定的防护与屏蔽措施，尽可能的减弱来自各个方向的噪声干扰。

（4）天线应该能够接收到来自上半个天球的卫星信号，在天顶处不产生死角。

接收单元主要由信号通道单元、存储单元、计算单元、计算和显示控制单元、电源等四个部分组成。

信号通道是接收单元的核心部分，由硬件和软件组成。

因为一个通道不能同时接收两个及以上的卫星信号，一旦某颗卫星被锁定后，便会占用此通道直到卫星失锁。

目前市场上大部分接收机多采用并行多通道技术，可以同时接收多颗卫星，并且现在有可以同时接受GPS、北斗或者GLONASS的多系统兼容接收机，它们的通道数可以多达几十个。

存储单元：接收机所解译的GPS卫星星历、伪距观测量和载波相位观测量以及各种测站信息都会存储在接收机的内部存储器上，现在大多数接收机采用内装式半导体存储器，简称内存，其容量有1Mbit到8Mbit不等。

也有采用磁卡作为存储器。

内存卡通过数据传输接口输入到微处理机中，便于数据保存和处理。

计算和显示控制单元由微处理器和显示器构成。

微处理器是接收机的控制系统，其主要任务功能是：开机启动后进行自检，显示检查结果，测定、校正和存储各个通道的时延值。

解译出GPS卫星星历，根据卫星的传播时间，计算出测站的三维地心坐标。

根据测站测得的坐标和卫星星历书，计算卫星的升降时间，方位和高度角。

记录测站信息，测站的测站名、天线高、环境参数。

根据预置导航路线计算导航参数。

电源：接收机外部采用蓄电池供电，内部一般装有锂电池，用于为RAM存储器供电，防止关机后数据丢失。

3.结论：
通过这次国产接收机的测试评定，能够推动国产接收机生产厂商不断完善自己产品的性能，促进企业继续进行技术创新。

另外，这也有利于北斗导航产品标准规范的制定。

参考文献：
[1] 唐斌，刘富，张益青. GNSS接收机发展趋势与研究思路分析.导航天地.2011（04）：82～84.。