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： 车载型航海型航空型 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，1028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JNSBoxGGD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，4.7528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。 JNSBoxGGD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NGS100200212，中海达公司的的产品为HD800082008800。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AGC6.75F7F1/4Fcos（t/4）相关通道电路原理图sin（t/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：、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。、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。、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。、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，甚至三维速度和时间。6、 接收机的天线天线由接收机天线和前置放大器两部分所组成，天线的主要功能是将GPS卫星信号极微弱的电磁波能转化为相应的电流，而前置放大器则是对这种信号电流进行放大和变频处理。而接收机单元的主要功能是对经过放大和变频处理的信号电源进行跟踪、处理和测量。 金属反射器滤波放大器金属底板介质接口连接器 天线基本结构（1）、对天线的要求、天线与前置放大器一般应密封为一体。以保障其在恶劣的气象环境中能正常工作，并减少信号损失。、能够接受来自任何方向的卫星信号，不产生死角。、天线必须采取适当的防护和屏蔽措施。以最大限度地减弱信号的多路径效应，防止信号被干扰。、天线的相位中心保持高度的稳定，并与其几何中心尽量一致。由于GPS测量的观测量，是以天线的相位中心为准的，而在作业过程中，应尽可能保持两个中心的一致性和相位中心的稳定。（2）天线的类型目前，GPS接收机的天线有多种类型，其基本类型见下图所示。单极天线 天线类型、单极天线。这种天线属单频天线，具有结构简单，体积小的优点。需要安装在一块基板上 ， 以利于减弱多路径的影响。、螺旋形天线。这种天线频带宽，全圆极化性能好，可接收来自任何方向的卫星信号。但也属于单频天线，不能进行双频接收，常用作导航型接收机天线。锥形天线带扼流圈天线锥形天线带扼流圈天线锥形天线与带扼流圈天线、微带天线。微带天线是在一块介质板的两面贴以金属片，其结构简单且坚固，重量轻，高度低。既可用于单频机，也可用于双频机，目前大部分测量型天线都是微带天线。这种天线更适用于飞机、火箭等高速飞行物上。锥形天线。这种天线是在介质锥体上，利用印刷电路技术在其上制成导电圆锥螺旋表面，也称盘旋螺线型天线。这种天线可同时在两个频道上工作，主要优点是增益性好。但由于天线较高，而且螺旋线在水平方向上不完全对称，因此天线的相位中心与几何中心不完全一致 。所以，在安装天线时要仔细定向，使之得以补偿。带扼流圈的振子天线，也称扼流圈天线。这种天线的主要优点是，可以有效地抑制多路径误差的影响。但目前这种天线体积较大且重，应用不普遍。 GPS天线接受来自20000公里高空的卫星信号很弱，信号电平只有-50-180db，输入功率信噪比为S/N=-30db，即信号源淹没在噪声中，为了提高信号强度，一般在天线后端设有前置放大器。二、软件部分软件部分是构成现代GPS测量系统的重要组成部分之一。一个功能齐全、品质良好的软件，不仅能方便用户使用，满足用户的各方面要求，而且对于改善定位精度，提高作业效率和开拓新的应用领