GPS接收機 - asiasworldcity.hk | 亞洲國際都會.hk

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GPS接收機的主要功能是接收GPS衛星信號並經過信號放大、變頻、鎖相處理，測定GPS信號從衛星到接收機天線間的傳播時間，解釋導航電文，實時計算GPS天線所在位置（三維座標）及運行速度等。GPS接收機是一種被動式無線電定位設備，按不同用途分爲導航型接收機、測地型接收機、授時型接收機和姿態測量型接收機；按接收機通道數可以分爲多通道接收機、序貫通道接收機和多路複用通道接收機。GPS接收機主要由GPS接收天線、GPS接收機主機和電源三部分組成。1．GPS接收機天線GPS接收機天線由天線單元和前置放大器兩部分組成。天線的作用是將GPS衛星信號的微弱電磁波能量轉化爲相應電流，並通過前置放大器將接收到的GPS信號放大。2．GPS接收機主機接收機主機由變頻器、信號通道、微處理器、存儲器和顯示器組成。變頻器的主要任務是使接收到的L頻段射頻信號變成低頻信號。信號通道是軟硬件結合的電路，是接收機的核心部分，其作用是搜索、牽引並跟蹤衛星，對廣播電文信號進行解擴、解調成爲廣播電文，進行僞距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量。存儲器用於存儲一小時一次的衛星星曆、衛星曆書、接收機採集到的碼相位僞距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移。微處理器是GPS接收機工作的核心，GPS接收機的工作都是在微機指令的統一協同下進行的。GPS接收機都有液晶顯示屏，以提供GPS接收機的工作信息，並配有一箇控制鍵盤，以便用戶控制接收機的工作。3．GPS接收機電源GPS接收機電源有兩種，一種爲內電源，一般採用鋰電池，主要對RAM存儲器供電；另一種爲外接電源，常用可充電的12V直流鎳鎘電池組。GPS接收機分類GPS接收機按照不同的分類標準，可以分爲不同類型。(1)按工作原理劃分，可分爲碼相關型接收機、平方型接收機和混合型接收機。碼相關型接收機能夠產生與所測衛星測距碼結構完全相同的複製碼，利用的是C/A碼或P碼，條件是掌握測距碼結構。平方型接收機利用載波信號的平方技術去掉調製碼，獲得載波相位測量所必需的載波信號，該機只利用衛星信號，無須解碼，不必掌握測距碼結構，又稱無碼接收機。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，可分爲多通道接收機、序貫通道接收機及多路複用通道接收機。多通道接收機具有多箇衛星信號通道，每個通道只連續跟蹤一箇衛星信號，也稱連續跟蹤型接收機。序貫通道接收機只有1-2個信號通道，爲了跟蹤多箇衛星，在相應軟件控制下按時序依次對各衛星信號進行跟蹤量測，依次量測一箇循環所需時間較長（大於20m/s），對衛星信號的跟蹤是不連續的。多路複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星信號進行跟蹤量測，依次量測一箇循環所需時間較短（小於20m/s），可保持對衛星信號的連續跟蹤。(3)根據所接收的衛星信號頻率劃分，可分爲單頻接收機和雙頻接收機。單頻接收機(L1)只接收調製的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，但由於修正模型尚不完善，精度較差，主要用於小於20km的短基線精密定位。雙頻接收機(L1+L2)同時接受L1和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。按信號頻率對衛星信號進行劃分是使用較多的類型。(4)按接收機用途劃分，可分爲導航型、測量型和授時型。導航型主要用於確定船舶、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，其採用測碼僞距爲觀測量的單點實時定位或差分GPS定位，精度低，結構簡單，價格便宜，應用廣泛。測量型接收機採用載波相位觀測量進行相對定位，精度高，觀測數據可測後處理或實時處理(RTK)，需配備功能完善的數據處理軟件，與導航型相比，結構複雜，價格昂貴。授時型接收機主要用於天文臺或地面監控站，進行時頻同步測定。接收機工作原理天線的基本作用是把來自於衛星信號的能量轉化爲相應的電流，並經前置放大器進行頻率變換，以便對信號進行跟蹤、處理和量測。當GPS衛星在用戶視界升起時，接收機能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星，並能夠跟蹤這些衛星的運行；對所接收到的GPS信號，具有變換、放大和處理的功能，以便測量出GPS信號從衛星到接收天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的i維位置，甚至三維速度和時間。GPS信號接收機不僅需要功能較強的機內軟件，而且需要一箇多功能的GPS數據測後處理軟件包。接收機加處理軟件包，纔是完整的GPS信號用戶設備。接收設備的誤差接收設備誤差主要包括觀測誤差、接收機鐘差、載波相位觀測的整週不確定性影響和天線相位中心誤差。(1)觀測誤差。除分辨誤差外，還包括接收天線相對測站點的安置誤差。分辨誤差一般認爲約爲信號波長的1%。安置誤差主要有天線的置平與對中誤差和量取天線相位中心高度（天線高）誤差。例如當天線高1.6m，置平誤差0.10，則對中誤差爲2.10mm。(2)接收機鐘差。GPS接收機一般設有高精度的石英鐘，日頻率穩定度爲10-11。如果接收機鍾與衛星鐘之間的同步差爲1s，則引起的等效距離誤差爲300m。處理接收機鐘差的方法有作爲未知數，在數據處理中求解；利用觀測值求差方法，減弱接收機鐘差影響；定位精度要求較高時，可採用外接頻標，如銣、銫原子鐘，提高接收機時間標準精度。(3)載波相位觀測的整週未知數。無法直接確定載波相位相應起始曆元在傳播路徑上變化的整週數。同時存在因衛星信號被阻擋和受到干擾，而產生信號跟蹤中斷和整週變跳。(4)天線相位中心位置偏差。GPS定位中，觀測值都是以接收機天線的相位中心位置爲準，在理論上，天線相位中心與儀器的幾何中心應保持一致，實際中，其隨着信號輸入的強度和方向不同而有所變化，同時與天線的質量有關，可達數毫米至數釐米。如何減小相位中心的偏移，是天線設計的一箇迫切問題。

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