这期介绍的是GPS接收机的组成以及它的工作原理。

GPS接收机主要是由（GPS接收机天线）、（GPS接收机主机单元）、（电源）三个部分组成。

而接收机主机主要是由变频器、微处理器、信号通道、存储器和显示器组成。如下图所示。

1、GPS接收机天线

天线是由接收机天线、前置放大器两个部分组成。

天线的作用是将GPS卫星信号中的微弱电磁波能转化为相应的电流，再通过前置放大器将GPS信号电流放大以满足使用。

为了便于接收机对信号进行跟踪、处理、测量等工作，对天线有以下要求：

而GPS接收机天线则有下列4种类型：

（1）单板天线：这种天线的结构很简单、体积也不大，但是需要安装在一块基板上；它属于单频天线。

（2）四螺旋形天线：它是由四条金属管线缠绕而成，在底部有一块金属抑制板。

这种天线频带宽，全圆极化性能好，可以捕捉到低高度角的卫星；缺点是它不能进行双频接收，抗震性能差；常被用作导航型接收机天线。

（3）微带天线：它是在厚度为h（h≥λ）的介质板的两边贴上金属片的一种天线。

它的一边是金属底板，一边是做成矩形或是圆形等规则的形状。如下图所示。

这种天线也称作贴片天线。它的特点是高度低，重量轻，结构简单并且坚固，易于制造；它既可用于单频机，也能用于双频机；它的缺点是增益较低。目前的大部分测地型天线都是微带天线，它更适合用于飞机、火箭等高速飞行物上。

（4）锥形天线：它是在介质锥体上、利用印刷电路技术在其上制成导电圆锥螺旋表面，它也称作盘旋螺线形天线。

这种天线可以同时在两个频率上工作。它的特点是增益好，但是由于它的天线较高，并且在水平方向上不对称，天线相位中心与几何中心不一致，所以，在安置天线时要仔细定向并且给予一定方向上的补偿。

为了提高信号的强度，我们一般会在天线后端设有前置放大器。

对于双频接收机，设置有两路前置放大器来减少带宽，控制外来信号的干扰。

大部分的天线都是和前置放大器结合在一起，但也有些导航型接收机为了减少天线重量、便于安置、避免雷电事故等，它们的天线和前置放大器是分开安置的。

2、接收机主机

（1）变频器以及中频放大器

经过GPS前置放大器的信号强度依然很微弱，所以为了使接收机通道得到稳定的高增益，并且使L频段的射频信号变成低频信号，就必须采用变频器。

（2）信号通道

信号通道是接收机的核心部分，GPS信号通道是硬件软件结合的电路。不同类型的接收机，它们的通道也是不同的。

GPS信号通道的作用有以下三个：

搜索卫星、牵引并跟踪卫星；对导航电文的数据信号实行解扩，解调出广播电文；进行伪距测量、载波相位测量以及多普勒频移测量等。

下图是相关通道的电路原理图

从卫星那里接收到的信号，是扩频的调制信号，所以要经过解扩、解调才能得到导航电文，因此，就在相关通道电路中设有“伪码相位跟踪环”和“载波相位跟踪环”。

（3）存储器

（4）微处理器

（5）显示器

3、电源

4、本期总结

GPS接收机的主要的任务是：当GPS卫星在用户的视界内升起时，接收机能够捕获到某个卫星高度截止角范围内的所有（待测）卫星，并且能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，接收机进行变换、放大、处理，以便测量出GPS信号从卫星到天线的传播时间，解译出GPS卫星所发出的导航电文，实时地计算出测站的三维位置、速度、时间。

GPS接收机不仅需要功能强大的机内软件，还需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加上处理软件包，才是一个完整的GPS信号用户设备。

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下期内容预告：GPS接收机的分类都有哪些？