1.GPS接收機的基本概念
GPS用戶設備主要包括GPS接收機及其天線、微處理機及其終端設備以及電源等。其中接收機和天線是核心部分,習慣上統(tǒng)稱為GPS接收機。主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號,并進行處理,獲取導航電文和必要的觀測量。
GPS接收機的主要結構組成:
天線(帶前置放大器)
信號處理器:用于信號識別與處理
微處理器:用于接收機的控制、數據采集和導航計算
用戶信息傳輸:包括操作板、顯示板等
精密震蕩器:產生標準頻率
電源
GPS接收機按構成部分的性質和功能劃分:
硬件部分:上述的各種設備。
軟件部分:支持接收機硬件實現其功能,并完成各種導航和測量任務的程序。包括內軟件和外軟件。所謂內軟件是指諸如控制接收機信號通道,按時序對各衛(wèi)星信號進行量測的軟件,以及固化在中央處理器中自動操作程序等。此類軟件已與接收機融為一體。外軟件是指處理觀測數據的軟件系統(tǒng),一般以磁盤方式提供。無特別說明,通常所指的軟件均指外軟件。
2.接收機類型
。1)按工作原理劃分:
碼相關型接收機:能夠產生與所測衛(wèi)星測距碼結構完全相同的復制碼。利用的是C/A碼或P碼,條件是掌握測距碼結構,也稱有碼接收機。
平方型接收機:利用載波信號的平方技術去掉調制碼,獲得載波相位測量所必需的載波信號。該機只利用衛(wèi)星信號,無需解碼,不必掌握測距碼結構,稱無碼接收機。
混合型接收機:綜合利用了碼相關技術和平方技術的優(yōu)點,同時獲得碼相位和精密載波相位觀測量。目前廣泛使用。
2)根據接收機信號通道類型劃分:
多通道接收機:具有多個衛(wèi)星信號通道,每個通道只連續(xù)跟蹤一個衛(wèi)星信號。也稱連續(xù)跟蹤型接收機。
序貫通道接收機:只有1-2個信號通道,為了跟蹤多個衛(wèi)星,在相應軟件控制下按時序依次對各衛(wèi)星信號進行跟蹤量測。依次量測一個循環(huán)所需時間較長(大于20ms),對衛(wèi)星信號的跟蹤是不連續(xù)的。
多路復用通道接收機:與序貫通道接收機相似,也只有1-2個信號通道,在相應軟件控制下按時序依次對各衛(wèi)星信號進行跟蹤量測。依次量測一個循環(huán)所需時間較短(小于20ms),可保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤。
。3)根據所接收的衛(wèi)星信號頻率劃分:
單頻接收機(L1):只接收調制的L1信號,雖然可利用導航電文提供的參數,對觀測量進行電離層影響修正,但由于修正模型尚不完善,精度較差,主要用于小于20km的短基線精密定位。
雙頻接收機(L1+L2):同時接受L1、L2兩種信號,利用雙頻技術,可消除或減弱電離層折射對觀測量的影響,定位精度較高。
。4)按接收機用途劃分:
導航型:用于確定船舶、車輛、飛機等運載體的實時位置和速度,保障按預定路線航行或選擇最佳路線。一般采用測碼偽距為觀測量的單點實時定位或差分GPS(RTDGPS)定位,精度低,結構簡單,價格便宜,應用廣泛。
測量型接收機:采用載波相位觀測量進行相對定位,精度高。觀測數據可測后處理或實時處理(RTK),需配備功能完善的數據處理軟件。與導航型相比,結構復雜,價格昂貴。
授時型接收機:主要用于天文臺或地面監(jiān)控站,進行時頻同步測定。
2GPS接收機通道的概念
接收機信號通道可理解為GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號經由天線進入接收機的路徑。
當接收機的全向天線接收到所有來自天線水平面以上的衛(wèi)星信號之后,必須首先將這些信號隔離開來,以便進行處理和量測——通過接收機內若干分離信號的通道來實現。
通道是由硬件和相應的軟件組成。每個通道在某一時刻只能跟蹤一顆衛(wèi)星的一種頻率信號,當接收機需同時跟蹤多個衛(wèi)星信號時,原則上可采用兩種跟蹤方式:
一是接收機具有多個分離的硬件通道,每個通道都可連續(xù)的跟蹤一個衛(wèi)星信號;
二是一個信號通道在相應軟件的作用下,跟蹤多個衛(wèi)星信號。
根據跟蹤衛(wèi)星信號的方式不同,通道的類型分為:
序貫通道(sequencing channel)
多路復用通道(multiplexing channel)
多通道(multi-channel)
根據通道的工作原理,即對信號處理和量測的不同方法,分為:
碼相關型通道(correlation channel)
平方型通道(squaring channel)
碼相位型通道(code phase channel)