本篇文章為大家講解GPS介紹及的構(gòu)成及原理，供大家查閱
GPS接收機(jī)主要是由GPS接收機(jī)天線單元、GPS接收機(jī)主機(jī)單元和電源單元三部分組成的。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號通道、微處理器、存儲器及顯示器組成，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。
GPS定位終端
1.接收機(jī)天線
接收機(jī)天線部分由天線和前置放大器組成。天線的作用是將GPS衛(wèi)星信號的微弱的電磁波轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流；前置放大器的作用則是將微弱的GPS信號電流進(jìn)行相應(yīng)放大。通常對天線部分有如下要求。
(1)天線與前置放大器密封為一體，保障天線部分能夠正常工作，減少信號損失。
(2)能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號，不產(chǎn)生接收死角。
(3)擁有防護(hù)和屏蔽多路徑效應(yīng)的措施。
(4)天線的相位中心可保持高度的穩(wěn)定，并與其幾何中心盡量保持一致。
2.接收機(jī)主機(jī)
1)變頻器
經(jīng)過GPS前置放大器的信號仍然很微弱，為了使接收機(jī)通道得到穩(wěn)定的高增益，并且使L頻段的射頻信號變成低頻信號，須采用變頻器。
信號通道：信號通道是GPS接收機(jī)的核心部分，GPS信號通道是硬軟件結(jié)合的電路，不同類型的接收機(jī)其通道是不同的。GPS信號通道具有以下作用。
(1)搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星。
(2)對廣播電文數(shù)據(jù)信號實(shí)行解擴(kuò)，解調(diào)出廣播電文。
(3)進(jìn)行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。
由于接收機(jī)接收到的信號是擴(kuò)頻的調(diào)制信號，所以要經(jīng)過解擴(kuò)、解調(diào)才能得到導(dǎo)航電文，因此在相關(guān)通道電路中設(shè)有偽碼相位跟蹤環(huán)和載波相位跟蹤環(huán)。
2)存儲器
接收機(jī)內(nèi)設(shè)有存儲器或存儲卡，以存儲衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移。目前GPS接收機(jī)都裝有半導(dǎo)體存儲器(簡稱內(nèi)存)，接收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)口傳到微機(jī)上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。在存儲器內(nèi)還裝有多種工作軟件，如自測試軟件、衛(wèi)星預(yù)報(bào)軟件、導(dǎo)航電文解碼軟件、GPS單點(diǎn)定位軟件等。
3)微處理器CPU
微處理是GPS接收機(jī)工作的靈魂，GPS接收機(jī)工作都是在微機(jī)指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的，其主要工作步驟為如下。
(1)接收機(jī)開機(jī)后，立即指示各個通道進(jìn)行自檢，實(shí)時(shí)地在視屏顯示窗內(nèi)展示各自的自檢結(jié)果，并測定、校正和存儲各個通道的時(shí)延值。
(2)接收機(jī)對衛(wèi)星進(jìn)行捕捉跟蹤后，根據(jù)跟蹤環(huán)路所輸出的數(shù)據(jù)碼，解譯出GPS衛(wèi)星星歷。當(dāng)同時(shí)鎖定4顆衛(wèi)星時(shí)，將C/A碼偽距觀測值連同星歷一起計(jì)算出測站的三維位置，并按照預(yù)置的位置數(shù)據(jù)更新率，不斷地更新(計(jì)算)點(diǎn)的坐標(biāo)。
(3)用己測得的點(diǎn)位坐標(biāo)和GPS衛(wèi)星歷書，計(jì)算所有在軌衛(wèi)星的升降時(shí)間、方位和高度角，并為作業(yè)人員提供在視衛(wèi)星數(shù)量及其工作狀況，以便選用"健康”的且分布適宜的定位衛(wèi)星，達(dá)到提高點(diǎn)位精度的目的。
(4)接收用戶輸入的信號，如測站名、測站號、天線高和氣象參數(shù)等。
電源：GPS接收機(jī)的電源包括內(nèi)電源和外接電源。內(nèi)電源采用鋰電池，主要用于RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。外接電源一般采用汽車電瓶或者隨機(jī)配備的專用電源適配器。當(dāng)用交流電時(shí)，要經(jīng)過穩(wěn)定電源或?qū)Ｓ秒娏鹘粨Q器。
綜上所述，GPS信號接收機(jī)的任務(wù)：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測量；對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測站的三維位置，基至三維速度和時(shí)間。
GPS接收機(jī)主要是由GPS接收機(jī)天線單元、GPS接收機(jī)主機(jī)單元和電源單元三部分組成的。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號通道、微處理器、存儲器及顯示器組成，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。
GPS定位終端
1.接收機(jī)天線
接收機(jī)天線部分由天線和前置放大器組成。天線的作用是將GPS衛(wèi)星信號的微弱的電磁波轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流；前置放大器的作用則是將微弱的GPS信號電流進(jìn)行相應(yīng)放大。通常對天線部分有如下要求。
(1)天線與前置放大器密封為一體，保障天線部分能夠正常工作，減少信號損失。
(2)能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號，不產(chǎn)生接收死角。
(3)擁有防護(hù)和屏蔽多路徑效應(yīng)的措施。
(4)天線的相位中心可保持高度的穩(wěn)定，并與其幾何中心盡量保持一致。
2.接收機(jī)主機(jī)
1)變頻器
經(jīng)過GPS前置放大器的信號仍然很微弱，為了使接收機(jī)通道得到穩(wěn)定的高增益，并且使L頻段的射頻信號變成低頻信號，須采用變頻器。
信號通道：信號通道是GPS接收機(jī)的核心部分，GPS信號通道是硬軟件結(jié)合的電路，不同類型的接收機(jī)其通道是不同的。GPS信號通道具有以下作用。
(1)搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星。
(2)對廣播電文數(shù)據(jù)信號實(shí)行解擴(kuò)，解調(diào)出廣播電文。
(3)進(jìn)行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。
由于接收機(jī)接收到的信號是擴(kuò)頻的調(diào)制信號，所以要經(jīng)過解擴(kuò)、解調(diào)才能得到導(dǎo)航電文，因此在相關(guān)通道電路中設(shè)有偽碼相位跟蹤環(huán)和載波相位跟蹤環(huán)。
2)存儲器
接收機(jī)內(nèi)設(shè)有存儲器或存儲卡，以存儲衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移。目前GPS接收機(jī)都裝有半導(dǎo)體存儲器(簡稱內(nèi)存)，接收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)口傳到微機(jī)上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。在存儲器內(nèi)還裝有多種工作軟件，如自測試軟件、衛(wèi)星預(yù)報(bào)軟件、導(dǎo)航電文解碼軟件、GPS單點(diǎn)定位軟件等。
3)微處理器CPU
微處理是GPS接收機(jī)工作的靈魂，GPS接收機(jī)工作都是在微機(jī)指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的，其主要工作步驟為如下。
(1)接收機(jī)開機(jī)后，立即指示各個通道進(jìn)行自檢，實(shí)時(shí)地在視屏顯示窗內(nèi)展示各自的自檢結(jié)果，并測定、校正和存儲各個通道的時(shí)延值。
(2)接收機(jī)對衛(wèi)星進(jìn)行捕捉跟蹤后，根據(jù)跟蹤環(huán)路所輸出的數(shù)據(jù)碼，解譯出GPS衛(wèi)星星歷。當(dāng)同時(shí)鎖定4顆衛(wèi)星時(shí)，將C/A碼偽距觀測值連同星歷一起計(jì)算出測站的三維位置，并按照預(yù)置的位置數(shù)據(jù)更新率，不斷地更新(計(jì)算)點(diǎn)的坐標(biāo)。
(3)用己測得的點(diǎn)位坐標(biāo)和GPS衛(wèi)星歷書，計(jì)算所有在軌衛(wèi)星的升降時(shí)間、方位和高度角，并為作業(yè)人員提供在視衛(wèi)星數(shù)量及其工作狀況，以便選用"健康”的且分布適宜的定位衛(wèi)星，達(dá)到提高點(diǎn)位精度的目的。
(4)接收用戶輸入的信號，如測站名、測站號、天線高和氣象參數(shù)等。
電源：GPS接收機(jī)的電源包括內(nèi)電源和外接電源。內(nèi)電源采用鋰電池，主要用于RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。外接電源一般采用汽車電瓶或者隨機(jī)配備的專用電源適配器。當(dāng)用交流電時(shí)，要經(jīng)過穩(wěn)定電源或?qū)Ｓ秒娏鹘粨Q器。
綜上所述，GPS信號接收機(jī)的任務(wù)：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測量；對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測站的三維位置，基至三維速度和時(shí)間。
