GPS是全球定位系統(tǒng),主要實現(xiàn)在全球范圍內(nèi)為不限數(shù)量的用戶提供全天候并且連續(xù)精確的速度、位置和時間信息。隨著GPS市場的不斷開拓,最初只應(yīng)用在軍事上的技術(shù)逐漸向民用方向發(fā)展,生產(chǎn)技術(shù)的大規(guī)?；驮奈⑿突厔輲砹说统杀镜?a href="/tags/接收機" target="_blank">接收機元器件。本文首先提出了GPS接收機方案及其性能指標(biāo)要求,接收機主要由天線部分、射頻前端部分和基帶處理部分組成,具體分析了放大器的噪聲系數(shù)、增益及接收機的靈敏度。其次,運用ADS 2009進(jìn)行低噪聲放大器的設(shè)計,并針對其功能進(jìn)行匹配電路的設(shè)計,增益大于30dB,噪聲系數(shù)小于1dB。選擇合適的射頻前端芯片ATR0601,以及與其相對應(yīng)的基帶處理芯片ATR0625P,根據(jù)所需功能完成外圍電路的設(shè)計。再次,運用Cadence 16.2進(jìn)行電路原理圖及印制電路板(PCB)的設(shè)計,并運用CAM350進(jìn)行光繪文件的檢查。

全球定位系統(tǒng)(GPS, Global Positioning System)是美國國防部建立的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。由于其高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活和質(zhì)優(yōu)價廉等特點,目前已廣泛應(yīng)用在全世界幾乎所有需要導(dǎo)航、定位的軍用和民用系統(tǒng)中。但是,由于天線接收的GPS衛(wèi)星信號頻率很高、功率很弱,因此需要對其進(jìn)行相應(yīng)處理才能使得GPS系統(tǒng)正常工作。射頻前端電路位于接收機天線與基帶信號處理單元之間,主要作用是將接收到的GPS信號進(jìn)行信號調(diào)整和降頻處理。其中,信號調(diào)整主要是利用前級帶通濾波器和低噪聲放大器將L1波段以外的噪聲和干擾濾除,同時對其功率進(jìn)行放大。

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

)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)。

2)存儲器

接收機內(nèi)設(shè)有存儲器或存儲卡，以存儲衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移。目前GPS接收機都裝有半導(dǎo)體存儲器(簡稱內(nèi)存)，接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)口傳到微機上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。在存儲器內(nèi)還裝有多種工作軟件，如自測試軟件、衛(wèi)星預(yù)報軟件、導(dǎo)航電文解碼軟件、GPS單點定位軟件等。

3)微處理器CPU

微處理是GPS接收機工作的靈魂，GPS接收機工作都是在微機指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的，其主要工作步驟為如下。

(1)接收機開機后，立即指示各個通道進(jìn)行自檢，實時地在視屏顯示窗內(nèi)展示各自的自檢結(jié)果，并測定、校正和存儲各個通道的時延值。

(2)接收機對衛(wèi)星進(jìn)行捕捉跟蹤后，根據(jù)跟蹤環(huán)路所輸出的數(shù)據(jù)碼，解譯出GPS衛(wèi)星星歷。當(dāng)同時鎖定4顆衛(wèi)星時，將C/A碼偽距觀測值連同星歷一起計算出測站的三維位置，并按照預(yù)置的位置數(shù)據(jù)更新率，不斷地更新(計算)點的坐標(biāo)。

(3)用已測得的點位坐標(biāo)和GPS衛(wèi)星歷書，計算所有在軌衛(wèi)星的升降時間、方位和高度角，并為作業(yè)人員提供在視衛(wèi)星數(shù)量及其工作狀況，以便選用"健康”的且分布適宜的定位衛(wèi)星，達(dá)到提高點位精度的目的。

(4)接收用戶輸入的信號，如測站名、測站號、天線高和氣象參數(shù)等。

電源：GPS接收機的電源包括內(nèi)電源和外接電源。內(nèi)電源采用鋰電池，主要用于RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。外接電源一般采用汽車電瓶或者隨機配備的專用電源適配器。當(dāng)用交流電時，要經(jīng)過穩(wěn)定電源或?qū)Ｓ秒娏鹘粨Q器。

綜上所述，GPS信號接收機的任務(wù)：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測量;對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，基至三維速度和時間。