GPS接收機(jī)是接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)并確定地面空間位置的儀器。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、 海洋和空間的廣大用戶，其所擁有的能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備， 即GPS信號(hào)接收機(jī)。

可以同時(shí)接收12顆衛(wèi)星。早期的型號(hào)，比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收機(jī)收到3顆衛(wèi)星的信號(hào)可以輸出2D(就是2維)數(shù)據(jù)，只有經(jīng)緯度，沒有高度，如果收到4顆以上的衛(wèi)星，就輸出3D數(shù)據(jù)，可以提供海拔高度。但是因?yàn)榈厍蜃约旱膯栴}，不是太標(biāo)準(zhǔn)的圓，所以高度數(shù)據(jù)有一些誤差?，F(xiàn)有些GPS接收機(jī)內(nèi)置了氣壓表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，這些機(jī)器根據(jù)兩個(gè)渠道得到的高度數(shù)據(jù)綜合出最終的海拔高度，應(yīng)該比較準(zhǔn)確了。GPS接收機(jī)的第一次開機(jī)，或者開機(jī)距離里上次關(guān)機(jī)地點(diǎn)超過800KM以上，因?yàn)榻邮諜C(jī)里存儲(chǔ)的星歷都對(duì)不上了，所以要在接收機(jī)上重新定位。GPS接收機(jī)的使用要在開闊的可見天空下，所以，屋里就不能用了。手持GPS的精度一般是誤差在10米左右，就是說一條路能看出走左邊還是右邊。精度主要依賴于衛(wèi)星的信號(hào)接收，和可接收信號(hào)的衛(wèi)星在天空的分布情況，如果幾顆衛(wèi)星分布的比較分散，GPS接收機(jī)提供的定位精度就會(huì)比較高。

城市的飛速發(fā)展，一棟棟的高樓在施工，街道也在擴(kuò)張或者是收縮，使得人們?cè)诔鲂械臅r(shí)候常常要運(yùn)用到GPS定位來確定自己的位置，以及對(duì)目的地進(jìn)行導(dǎo)航，以此來防止迷路以及清楚路線。今天小編要講的是一種跟GPS有關(guān)的裝置，叫做GPS接收機(jī)。

一、GPS接收機(jī)的工作原理

GSP在人們的日常生活中廣泛被應(yīng)用，操作也簡(jiǎn)單，其主要由三個(gè)單元組成，分別是接收機(jī)天線單元、接收機(jī)的主機(jī)單元以及電源三部分組合而成。

天線的作用主要是把GPS微弱的微信信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，而且能將信號(hào)在原來的基礎(chǔ)之上放大，更利于接收機(jī)對(duì)信號(hào)的捕捉以及處理，同時(shí)天線也分為單板天線、四螺旋形天線、微帶天線以及錐形天線。

接收機(jī)主機(jī)的作用，接收機(jī)對(duì)于微弱的衛(wèi)星信號(hào)，為了提高信息接受的精度以及使信號(hào)穩(wěn)定，通常都要經(jīng)過變頻，使得信號(hào)被放大，通過不同的通道，對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、管理以及分析。

電源是GPS接收機(jī)的核心部分，主要維持接收機(jī)的正常使用，供應(yīng)于RAM貯存器功能，可分為內(nèi)置電源與外置電源。

二、GPS接收機(jī)的分類

根據(jù)GPS接收機(jī)不同的用途以及功能。接受的信號(hào)也是有差異的，因此按不同背景可分為多種的接收機(jī)。

導(dǎo)航型接收機(jī)：這種接收機(jī)主要是對(duì)運(yùn)動(dòng)載體的跟蹤以及導(dǎo)航，并精確地給出運(yùn)載物體的位置以及速度等實(shí)時(shí)信息，大多數(shù)用于車輛、船舶、飛機(jī)等的航程導(dǎo)航，而且因速度不同所使用的不同衛(wèi)星追蹤。

測(cè)地型接收機(jī)：這類接收機(jī)精度很高，而且價(jià)格相對(duì)較貴，主要是對(duì)于大地和工程等的精密測(cè)量。

單頻接收機(jī)：這種接收機(jī)只能選擇性地接收L1的載波信號(hào)，對(duì)物體進(jìn)行定位，但是有電離層延遲的影響，所以只適合于在短基線上進(jìn)行緊密的定位。

雙頻接收機(jī)：這種接收機(jī)可以同時(shí)接收來自L1、L2通道的載波信號(hào)，沒有選擇性，而且利用雙頻的電離層不同從而消除單頻接收機(jī)的誤差。

GPS接收機(jī)是接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)并確定地面空間位置的儀器。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對(duì)于陸地、 海洋和空間的廣大用戶，只要擁有能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的接收設(shè)備， 即GPS信號(hào)接收機(jī)。

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(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器及顯示器組成，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。

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(hào)的極微弱的電磁波轉(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(hào)電流進(jìn)行相應(yīng)放大。通常對(duì)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(hào)損失。

(2)能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號(hào)，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(hào)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(hào)變成低頻信號(hào)，必須采用變頻器。

信號(hào)通道：信號(hào)通道是GPS接收機(jī)的核心部分，GPS信號(hào)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(hào)通道具有以下作用。

(1)搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星。

(2)對(duì)廣播電文數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)行解擴(kuò)，解調(diào)出廣播電文。

(3)進(jìn)行偽距測(cè)量、載波相位測(cè)量及多普勒頻移測(cè)量。

由于接收機(jī)接收到的信號(hào)是擴(kuò)頻的調(diào)制信號(hào)，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)。

gps工作原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。

要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距(PR)：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。

GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m;P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼;每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。

可見GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。

.GPS的主要用途

(1)陸地應(yīng)用：主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、 市政規(guī)劃控制等;

(2)海洋應(yīng)用：包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等;

(3)航空航天應(yīng)用：包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙 感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等。