GPS接收機是什么，它的應(yīng)用中的工作原理是怎樣的？

GPS接收機是接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號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，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、 海洋和空間的廣大用戶，其所擁有的能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備， 即GPS信號接收機。

可以同時接收12顆衛(wèi)星。早期的型號，比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收機收到3顆衛(wèi)星的信號可以輸出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。但是因為地球自己的問題，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接收機內(nèi)置了氣壓表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，這些機器根據(jù)兩個渠道得到的高度數(shù)據(jù)綜合出最終的海拔高度，應(yīng)該比較準(zhǔn)確了。GPS接收機的第一次開機，或者開機距離里上次關(guān)機地點超過800KM以上，因為接收機里存儲的星歷都對不上了，所以要在接收機上重新定位。GPS接收機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)星的信號接收，和可接收信號的衛(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接收機提供的定位精度就會比較高。

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，使得人們在出行的時候常常要運用到GPS定位來確定自己的位置，以及對目的地進(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。

一、GPS接收機的工作原理

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

天線的作用主要是把GPS微弱的微信信號轉(zhuǎn)換為電流信號，而且能將信號在原來的基礎(chǔ)之上放大，更利于接收機對信號的捕捉以及處理，同時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。

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

電源是GPS接收機的核心部分，主要維持接收機的正常使用，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接收機的分類

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

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

測地型接收機：這類接收機精度很高，而且價格相對較貴，主要是對于大地和工程等的精密測量。

單頻接收機：這種接收機只能選擇性地接收L1的載波信號，對物體進(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：這種接收機可以同時接收來自L1、L2通道的載波信號，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的誤差。

GPS接收機是接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號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，是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、 海洋和空間的廣大用戶，只要擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設(shè)備， 即GPS信號接收機。

GPS接收機主要是由GPS接收機天線單元、GPS接收機主機單元和電源單元三部分組成的。接收機主機由變頻器、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。

1. 接收機天線

接收機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.接收機主機

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，必須采用變頻器。

信號通道：信號通道是GPS接收機的核心部分，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)。

gps工作原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，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)星載時鐘所記錄的時間在衛(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)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，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)星之間的真實距離，而是偽距(PR)：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)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、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼;每三十秒重復(fù)一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、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，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(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，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。

.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、地球物理資源勘探、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運動監(jiān)測、 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定、船只實時調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測量以及海洋平臺定位、海平面升降監(jiān)測等;

(3)航空航天應(yīng)用：包括飛機導(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)探測等。