GPS是全球定位系統,主要實現在全球范圍內為不限數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,最初只應用在軍事上的技術逐漸向民用方向發(fā)展,生產技術的大規(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、增益及接收機的靈敏度。其次,運用ADS 2009進行低噪聲放大器的設計,并針對其功能進行匹配電路的設計,增益大于30dB,噪聲系數小于1dB。選擇合適的射頻前端芯片ATR0601,以及與其相對應的基帶處理芯片ATR0625P,根據所需功能完成外圍電路的設計。再次,運用Cadence 16.2進行電路原理圖及印制電路板(PCB)的設計,并運用CAM350進行光繪文件的檢查。
全球定位系統(GPS, Global Positioning System)是美國國防部建立的新一代衛(wèi)星導航定位系統。由于其高精度、全天候、全球覆蓋、方便靈活和質優(yōu)價廉等特點,目前已廣泛應用在全世界幾乎所有需要導航、定位的軍用和民用系統中。但是,由于天線接收的GPS衛(wèi)星信號頻率很高、功率很弱,因此需要對其進行相應處理才能使得GPS系統正常工作。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信號進行信號調整和降頻處理。其中,信號調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,同時對其功率進行放大。
市的飛速發(fā)展，一棟棟的高樓在施工，街道也在擴張或者是收縮，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，以及對目的地進行導航，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微弱的微信信號轉換為電流信號，而且能將信號在原來的基礎之上放大，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，通常都要經過變頻，使得信號被放大，通過不同的通道，對信息進行存儲、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，供應于RAM貯存器功能，可分為內置電源與外置電源。
二、GPS接收機的分類
根據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。
導航型接收機：這種接收機主要是對運動載體的跟蹤以及導航，并精確地給出運載物體的位置以及速度等實時信息，大多數用于車輛、船舶、飛機等的航程導航，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)送的導航定位信號，是一種可供無數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，基本結構如圖所示。
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化為相應的電流;前置放大器的作用則是將微弱的GPS信號電流進行相應放大。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，不產生接收死角。
(3)擁有防護和屏蔽多路徑效應的措施。
(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)對廣播電文數據信號實行解擴，解調出廣播電文。
(3)進行偽距測量、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頻的調制信號，所以要經過解擴、解調才能得到導航電文，因此在相關通道電路中設有偽碼相位跟蹤環(huán)和載波相位跟蹤環(huán)。
2)存儲器
接收機內設有存儲器或存儲卡，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接收機都裝有半導體存儲器(簡稱內存)，接收機內存數據可以通過數據口傳到微機上，以便進行數據處理和數據保存。在存儲器內還裝有多種工作軟件，如自測試軟件、衛(wèi)星預報軟件、導航電文解碼軟件、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一協同下進行的，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行自檢，實時地在視屏顯示窗內展示各自的自檢結果，并測定、校正和存儲各個通道的時延值。
(2)接收機對衛(wèi)星進行捕捉跟蹤后，根據跟蹤環(huán)路所輸出的數據碼，解譯出GPS衛(wèi)星星歷。當同時鎖定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，并按照預置的位置數據更新率，不斷地更新(計算)點的坐標。
(3)用已測得的點位坐標和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、天線高和氣象參數等。
電源：GPS接收機的電源包括內電源和外接電源。內電源采用鋰電池，主要用于RAM存儲器供電，以防止數據丟失。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。當用交流電時，要經過穩(wěn)定電源或專用電流交換器。
綜上所述，GPS信號接收機的任務：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，獲得必要的導航和定位信息及觀測量;對所接收到的GPS信號進行變換、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。
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