#第十五章、GPS接收机与GPS处理软件.ppt

东华理工学院 控制测量学 GSI Japan - 21st of June 1999 第八章 GPS接收机 §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 ?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。 §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： 一是接收机具有多个分离的硬件通道，每个通道都可连续的跟踪一个卫星信号； 二是一个信号通道在相应软件的作用下，跟踪多个卫星信号。 根据跟踪卫星信号的方式不同，通道的类型分为： ?序贯通道（sequencing channel） ? 多路复用通道（multiplexing channel） ?多通道（multi-channel） 根据通道的工作原理，即对信号处理和量测的不同方法，分为： ?码相关型通道（correlation channel） ?平方型通道（squaring channel） ?码相位型通道（code phase channel） §8.3 接收机天线 1.天线的作用与要求 天线的基本作用是把来自于卫星信号的能量转化为相应的电流，并经前置放大器进行频率变换，以便对信号进行跟踪、处理和量测。 天线的基本要求： ?天线与前置放大器应密封为一体，