文档介绍：GPS接收机工作原理与方法
组号: 第组
成员:黄琨(组长)、孙明智、
李儒睿、彭柯均、张航辉
班级: 15级测绘工程一班
指导教师: 汤俊
华东交通大学土木建筑学院
2018年5月
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。GPS接收机作为用户测量系统,那么按gps接收机工作原理的性质和功能,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
GPS接收机工作原理图一

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:
GPS接收机工作原理图二
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:
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。
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