GPS接收機基本工作原理

GPS接收機主要由 1、GPS接收機天線單元；2、GPS接收機主機單元；3、電源三部分組成。

接收機主機由變頻器、信號通道、微處理器、存貯器及顯示器組成（見圖4-8）。
1.GPS接收機天線

天線由接收機天線和前置放大器兩部分所組成。天線的作用是將GPS衛星信號的極微弱的電磁波能轉化為相應的電流，而前置放大器則是將GPS信號電流予以放大。為便于接收機對信號進行跟蹤、處理和量測，對天線部分有以下要求：

——天線與前置放大器應密封一體，以保障其正常工作，減少信號損失；

——能夠接收來自任何方向的衛星信號，不產生死角；

——有防護與屏蔽多路徑疚的措施；

——天線的相位中心保持高度的穩定，并與其幾何中心晝一致。

GPS接收機天線有下列幾種類型：

(1)單板天線

這種天線結構簡單、體積較小，需要安裝在一塊基板上，屬單頻天線。

(2)四螺旋形天線

四螺旋形天線是由四條金屬管線繞制而成，底部有一塊金屬掏板。這種天線頻帶寒風，全圓極化性能好，可捕捉低高度角衛星。缺點是不能進行雙頻接收，抗震性差，常用作導航型接收機天線。

(3)微帶天線

微帶天線是在厚度為h（h≤λ）的介質板兩邊貼以金屬片。一邊為金屬底板，一邊做成矩形或圓形等規則形狀，見圖4-9。這種天線也稱為貼片天線。微帶天線的特點是高度低，重輕，結構簡單并且堅固，易于制造；既可用于單頻機，又可用于雙頻機。缺點是增益較低。目前大部分測地型天線都是微帶天線。這種天線更適用于飛機、火箭等高速飛行物上。

(4)錐形天線

錐形天線是在介質錐體上，利用印刷電路技術在其上制成導電圓錐螺旋表面，也稱盤旋螺線型天線。這種天線可以同進出在兩個頻率上工作。錐形天線的特點是增益好。但是由于其天線較高，并且在水平方向上不對稱，天線相位中心與幾何中心不完全一致。因此，在安置天線時要仔細定向并且要給于補償。

GPS天線接收來自20000km高空的衛星信號很弱，信號電平只有-50~-180dB;輸入功率信噪比為S/N=-30dB。即信號源淹沒在噪聲中。為了提高信號強度，一般在天線后端設有前置放大器。對于雙頻接收機設有兩路前置放大器以養活帶寬，控制外來信號干擾，也防止f1,f2信號干擾。大部分GPS天線都與前置放大器結合在一起，但也有些導航型接收機為減少天線重量、便于安置、避免雷電事故，而將天線和前置放大器分開。

2.接收機主機

(1)變頻器及中頻接收放大器

經過GPS前置放大器的信號仍然很微弱，為了使接收機通道得到穩定的高增益，并且使L頻段的射頻信號變成低頻信號，必須采用變頻器。

(2)信號通道

信號通道是接收機的核心部分，GPS信號通道是硬軟件結合的電路。不同類型的接收機其通道是不同的。

GPS信號通道的作用有三：搜索衛星，索引并跟蹤衛星；對廣播電文數據信號衽解擴，解調出廣播電文；進行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。圖4-10為相關通道的電路原理圖。