GPS接收機(jī)基本工作原理

GPS接收機(jī)主要由 1、GPS接收機(jī)天線單元；2、GPS接收機(jī)主機(jī)單元；3、電源三部分組成。

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

天線由接收機(jī)天線和前置放大器兩部分所組成。天線的作用是將GPS衛(wèi)星信號(hào)的極微弱的電磁波能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流，而前置放大器則是將GPS信號(hào)電流予以放大。為便于接收機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤、處理和量測(cè)，對(duì)天線部分有以下要求：

——天線與前置放大器應(yīng)密封一體，以保障其正常工作，減少信號(hào)損失；

——能夠接收來自任何方向的衛(wèi)星信號(hào)，不產(chǎn)生死角；

——有防護(hù)與屏蔽多路徑疚的措施；

——天線的相位中心保持高度的穩(wěn)定，并與其幾何中心晝一致。

GPS接收機(jī)天線有下列幾種類型：

(1)單板天線

這種天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(fēng)，全圓極化性能好，可捕捉低高度角衛(wèi)星。缺點(diǎn)是不能進(jìn)行雙頻接收，抗震性差，常用作導(dǎo)航型接收機(jī)天線。

(3)微帶天線

微帶天線是在厚度為h（h≤λ）的介質(zhì)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(guī)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(diǎn)是高度低，重輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且堅(jiān)固，易于制造；既可用于單頻機(jī)，又可用于雙頻機(jī)。缺點(diǎn)是增益較低。目前大部分測(cè)地型天線都是微帶天線。這種天線更適用于飛機(jī)、火箭等高速飛行物上。

(4)錐形天線

錐形天線是在介質(zhì)錐體上，利用印刷電路技術(shù)在其上制成導(dǎo)電圓錐螺旋表面，也稱盤旋螺線型天線。這種天線可以同進(jìn)出在兩個(gè)頻率上工作。錐形天線的特點(diǎn)是增益好。但是由于其天線較高，并且在水平方向上不對(duì)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(shí)要仔細(xì)定向并且要給于補(bǔ)償。

GPS天線接收來自20000km高空的衛(wèi)星信號(hào)很弱，信號(hào)電平只有-50~-180dB;輸入功率信噪比為S/N=-30dB。即信號(hào)源淹沒在噪聲中。為了提高信號(hào)強(qiáng)度，一般在天線后端設(shè)有前置放大器。對(duì)于雙頻接收機(jī)設(shè)有兩路前置放大器以養(yǎng)活帶寬，控制外來信號(hào)干擾，也防止f1,f2信號(hào)干擾。大部分GPS天線都與前置放大器結(jié)合在一起，但也有些導(dǎo)航型接收機(jī)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(jī)主機(jī)

(1)變頻器及中頻接收放大器

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。

(2)信號(hào)通道

信號(hào)通道是接收機(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)通道的作用有三：搜索衛(wèi)星，索引并跟蹤衛(wèi)星；對(duì)廣播電文數(shù)據(jù)信號(hào)衽解擴(kuò)，解調(diào)出廣播電文；進(jìn)行偽距測(cè)量、載波相位測(cè)量及多普勒頻移測(cè)量。圖4-10為相關(guān)通道的電路原理圖。