第八章GPS接收机 GSI Japan-21st of June 1999
GSI Japan - 21st of June 1999 第八章 GPS接收机
1GPS接收机及其分类 1.GPS接收机的基本概念 GPS用户设备主要包括GPS接收机及其天线、微处理机 测量学 及其终端设备以及电源等。其中接收机和天线是核心 部分,习惯上统称为GPS接收机。主要功能是接收 GPS卫星发射的信号,并进行处理,获取导航电文和 必要的观测量。 东华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 §8.1GPS接收机及其分类 1.GPS接收机的基本概念 GPS用户设备主要包括GPS接收机及其天线、微处理机 及其终端设备以及电源等。其中接收机和天线是核心 部分，习惯上统称为GPS接收机。主要功能是接收 GPS卫星发射的信号，并进行处理，获取导航电文和 必要的观测量
GPS接收机的结构如图所示 天线前置放 测量学 大器 数据存储器 信号处理 微处理器 导航计算机 外部传输 东华理工学院 电源 震荡器 用户信息 传输
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 GPS接收机的结构如图所示 天线前置放 大器 信号处理 器 微处理器 导航计算机 震荡器 用户信息 传输 数据存储器 外部传输 电源
GPS接收机的主要结构组成: 天线(带前置放大器) 信号处理器:用于信号识别与处理 测量学 微处理器:用于接收机的控制、数据采集和导航计算 用户信息传输:包括操作板、显示板等 精密震荡器:产生标准频率 电源 东华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 GPS接收机的主要结构组成： •天线（带前置放大器） •信号处理器：用于信号识别与处理 •微处理器：用于接收机的控制、数据采集和导航计算 •用户信息传输：包括操作板、显示板等 •精密震荡器：产生标准频率 •电源
GPS接收机按构成部分的性质和功能划分: 硬件部分:上述的各种设备 软件部分:支持接收机硬件实现其功能,并完成各种导 测量学 航和测量任务的程序。包括内软件和外软件。所谓内 软件是指诸如控制接收机信号通道,按时序对各卫星 信号进行量测的软件,以及固化在中央处理器中自动 操作程序等。此类软件已与接收机融为一体。外软件 是指处理观测数据的软件系统,一般以磁盘方式提供 无特别说明,通常所指的软件均指外软件。 东华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 GPS接收机按构成部分的性质和功能划分： •硬件部分：上述的各种设备。 •软件部分：支持接收机硬件实现其功能，并完成各种导 航和测量任务的程序。包括内软件和外软件。所谓内 软件是指诸如控制接收机信号通道，按时序对各卫星 信号进行量测的软件，以及固化在中央处理器中自动 操作程序等。此类软件已与接收机融为一体。外软件 是指处理观测数据的软件系统，一般以磁盘方式提供 。无特别说明，通常所指的软件均指外软件
2接收机类型 (1)按工作原理划分: 码相关型接收机:能够产生与所测卫星测距码结构完全 相同的复制码。利用的是C∥A码或P码,条件是掌握测 测量学 距码结构,也称有码接收机。 平方型接收机:利用载波信号的平方技术去掉调制码, 获得载波相位测量所必需的载波信号。该机只利用卫 星信号,无需解码,不必掌握测距码结构,称无码接 收机。 东混合型接收机:综合利用了码相关技术和平方技术的优 「点,同时获得码相位和精密载波相位观测量。目前广 理 泛使用 院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 2.接收机类型 （1）按工作原理划分： •码相关型接收机：能够产生与所测卫星测距码结构完全 相同的复制码。利用的是C/A码或P码，条件是掌握测 距码结构，也称有码接收机。 •平方型接收机：利用载波信号的平方技术去掉调制码， 获得载波相位测量所必需的载波信号。该机只利用卫 星信号，无需解码，不必掌握测距码结构，称无码接 收机。 •混合型接收机：综合利用了码相关技术和平方技术的优 点，同时获得码相位和精密载波相位观测量。目前广 泛使用
(2)根据接收机信号通道类型划分: 多通道接收机:具有多个卫星信号通道,每个通道只连续跟踪一个 卫星信号。也称连续跟踪型接收机 序贯通道接收机:只有1-2个信号通道,为了跟踪多个卫星,在相应 测量学 软件控制下按时序依次对各卫星信号进行跟踪量测。依次量测 个循环所需时间较长(大于20ms),对卫星信号的跟踪是不连续 的 多路复用通道接收机:与序贯通道接收机相似,也只有1-2个信号通 道,在相应软件控制下按时序依次对各卫星信号进行跟踪量测。 依次量测一个循环所需时间较短(小于20ms),可保持对卫星信 东号的连续跟踪 华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 （2）根据接收机信号通道类型划分： •多通道接收机：具有多个卫星信号通道，每个通道只连续跟踪一个 卫星信号。也称连续跟踪型接收机。 •序贯通道接收机：只有1-2个信号通道，为了跟踪多个卫星，在相应 软件控制下按时序依次对各卫星信号进行跟踪量测。依次量测一 个循环所需时间较长（大于20ms），对卫星信号的跟踪是不连续 的。 •多路复用通道接收机：与序贯通道接收机相似，也只有1-2个信号通 道，在相应软件控制下按时序依次对各卫星信号进行跟踪量测。 依次量测一个循环所需时间较短（小于20ms），可保持对卫星信 号的连续跟踪
3)根据所接收的卫星信号频率划分 单频接收机(L1):只接收调制的L信号,虽然可利用 导航电文提供的参数,对观测量进行电离层影响修正 但由于修正模型尚不完善,精度较差,主要用于小 测量学 于20km的短基线精密定位。 双频接收机(L1+L2):同时接受L1、L2两种信号,利用 双频技术,可消除或减弱电离层折射对观测量的影响 定位精度较高 东华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 （3）根据所接收的卫星信号频率划分： •单频接收机（L1）：只接收调制的L1信号，虽然可利用 导航电文提供的参数，对观测量进行电离层影响修正 ，但由于修正模型尚不完善，精度较差，主要用于小 于20km的短基线精密定位。 •双频接收机（L1+L2）：同时接受L1、L2两种信号，利用 双频技术，可消除或减弱电离层折射对观测量的影响 ，定位精度较高
4)按接收机用途划分: 导航型:用于确定船舶、车辆、飞机等运载体的实时位置和速度 保障按预定路线航行或选择最佳路线。一般采用测码伪距为观测 量的单点实时定位或差分GPS( RTDGPS)定位,精度低,结构 简单,价格便宜,应用广泛。 测量学 测量型接收杋:采用载波相位观测量进行相对定位,精度高。观洳 数据可测后处理或实时处理(RTK),需配备功能完善的数据处 理软件。与导航型相比,结构复杂,价格昂贵。 授时型接收机:主要用于天文台或地面监控站,进行时频同步测定 东华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 （4）按接收机用途划分： •导航型：用于确定船舶、车辆、飞机等运载体的实时位置和速度， 保障按预定路线航行或选择最佳路线。一般采用测码伪距为观测 量的单点实时定位或差分GPS（RTDGPS）定位，精度低，结构 简单，价格便宜，应用广泛。 •测量型接收机：采用载波相位观测量进行相对定位，精度高。观测 数据可测后处理或实时处理（RTK），需配备功能完善的数据处 理软件。与导航型相比，结构复杂，价格昂贵。 •授时型接收机：主要用于天文台或地面监控站，进行时频同步测定
GPS接收机通道的概念 接收机信号通道可理解为GPS卫星发射的信号经由天线 进入接收机的路径 测 当接收机的全向天线接收到所有来自天线水平面以上的 卫星信号之后,必须首先将这些信号隔离开来,以便 量道木实现和测过收机内者干分信号的道 兴通道是由硬件和相应的软件组成。每个通道在某一时刻 只能跟踪一颗卫星的一种频率信号,当接收机需同时 哏踪多个卫星信号时,原则上可采用两种跟踪方式 东华理工学院
东 华 理 工 学 院 控 制 测 量 学 §8.2GPS接收机通道的概念 接收机信号通道可理解为GPS卫星发射的信号经由天线 进入接收机的路径。 当接收机的全向天线接收到所有来自天线水平面以上的 卫星信号之后，必须首先将这些信号隔离开来，以便 进行处理和量测——通过接收机内若干分离信号的通 道来实现。 通道是由硬件和相应的软件组成。每个通道在某一时刻 只能跟踪一颗卫星的一种频率信号，当接收机需同时 跟踪多个卫星信号时，原则上可采用两种跟踪方式：