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GPS接收机基本工作原理

[日期:2011-09-09] 来源:  作者: [字体: ]

      GPS接收机主要由 1、GPS接收机天线单元;2、GPS接收机主机单元;3、电源三部分组成。

      接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存贮器及显示器组成(见图4-8)。
1.GPS接收机天线

GPS接收机电路图

 

      天线由接收机天线和前置放大器两部分所组成。天线的作用是将GPS卫星信号的极微弱的电磁波能转化为相应的电流,而前置放大器则是将GPS信号电流予以放大。为便于接收机对信号进行跟踪、处理和量测,对天线部分有以下要求:

——天线与前置放大器应密封一体,以保障其正常工作,减少信号损失;

——能够接收来自任何方向的卫星信号,不产生死角;

——有防护与屏蔽多路径疚的措施;

——天线的相位中心保持高度的稳定,并与其几何中心昼一致。

GPS接收机天线有下列几种类型:

(1)单板天线

这种天线结构简单、体积较小,需要安装在一块基板上,属单频天线。

(2)四螺旋形天线

四螺旋形天线是由四条金属管线绕制而成,底部有一块金属掏板。这种天线频带寒风,全圆极化性能好,可捕捉低高度角卫星。缺点是不能进行双频接收,抗震性差,常用作导航型接收机天线。

(3)微带天线

微带天线图

微带天线是在厚度为h(h≤λ)的介质板两边贴以金属片。一边为金属底板,一边做成矩形或圆形等规则形状,见图4-9。这种天线也称为贴片天线。微带天线的特点是高度低,重轻,结构简单并且坚固,易于制造;既可用于单频机,又可用于双频机。缺点是增益较低。目前大部分测地型天线都是微带天线。这种天线更适用于飞机、火箭等高速飞行物上。

(4)锥形天线

锥形天线是在介质锥体上,利用印刷电路技术在其上制成导电圆锥螺旋表面,也称盘旋螺线型天线。这种天线可以同进出在两个频率上工作。锥形天线的特点是增益好。但是由于其天线较高,并且在水平方向上不对称,天线相位中心与几何中心不完全一致。因此,在安置天线时要仔细定向并且要给于补偿。

GPS天线接收来自20000km高空的卫星信号很弱,信号电平只有-50~-180dB;输入功率信噪比S/N=-30dB。即信号源淹没在噪声中。为了提高信号强度,一般在天线后端设有前置放大器。对于双频接收机设有两路前置放大器以养活带宽,控制外来信号干扰,也防止f1,f2信号干扰。大部分GPS天线都与前置放大器结合在一起,但也有些导航型接收机为减少天线重量、便于安置、避免雷电事故,而将天线和前置放大器分开。

2.接收机主机

(1)变频器及中频接收放大器

经过GPS前置放大器的信号仍然很微弱,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,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信号通道是硬软件结合的电路。不同类型的接收机其通道是不同的。

GPS信号通道的作用有三:搜索卫星,索引并跟踪卫星;对广播电文数据信号衽解扩,解调出广播电文;进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。图4-10为相关通道的电路原理图。

通道的电路原理图


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