GPS接收机是什么，它的应用中的工作原理是怎样的？

GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、 海洋和空间的广大用户，其所拥有的能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备， 即GPS信号接收机。

可以同时接收12颗卫星。早期的型号，比如GARMIN 45C就是8通道。GPS接收机收到3颗卫星的信号可以输出2D(就是2维)数据，只有经纬度，没有高度，如果收到4颗以上的卫星，就输出3D数据，可以提供海拔高度。但是因为地球自己的问题，不是太标准的圆，所以高度数据有一些误差。现有些GPS接收机内置了气压表，比如etrex的SUMMIT和VISTA，这些机器根据两个渠道得到的高度数据综合出最终的海拔高度，应该比较准确了。GPS接收机的第一次开机，或者开机距离里上次关机地点超过800KM以上，因为接收机里存储的星历都对不上了，所以要在接收机上重新定位。GPS接收机的使用要在开阔的可见天空下，所以，屋里就不能用了。手持GPS的精度一般是误差在10米左右，就是说一条路能看出走左边还是右边。精度主要依赖于卫星的信号接收，和可接收信号的卫星在天空的分布情况，如果几颗卫星分布的比较分散，GPS接收机提供的定位精度就会比较高。

城市的飞速发展，一栋栋的高楼在施工，街道也在扩张或者是收缩，使得人们在出行的时候常常要运用到GPS定位来确定自己的位置，以及对目的地进行导航，以此来防止迷路以及清楚路线。今天小编要讲的是一种跟GPS有关的装置，叫做GPS接收机。

一、GPS接收机的工作原理

GSP在人们的日常生活中广泛被应用，操作也简单，其主要由三个单元组成，分别是接收机天线单元、接收机的主机单元以及电源三部分组合而成。

天线的作用主要是把GPS微弱的微信信号转换为电流信号，而且能将信号在原来的基础之上放大，更利于接收机对信号的捕捉以及处理，同时天线也分为单板天线、四螺旋形天线、微带天线以及锥形天线。

接收机主机的作用，接收机对于微弱的卫星信号，为了提高信息接受的精度以及使信号稳定，通常都要经过变频，使得信号被放大，通过不同的通道，对信息进行存储、管理以及分析。

电源是GPS接收机的核心部分，主要维持接收机的正常使用，供应于RAM贮存器功能，可分为内置电源与外置电源。

二、GPS接收机的分类

根据GPS接收机不同的用途以及功能。接受的信号也是有差异的，因此按不同背景可分为多种的接收机。

导航型接收机：这种接收机主要是对运动载体的跟踪以及导航，并精确地给出运载物体的位置以及速度等实时信息，大多数用于车辆、船舶、飞机等的航程导航，而且因速度不同所使用的不同卫星追踪。

测地型接收机：这类接收机精度很高，而且价格相对较贵，主要是对于大地和工程等的精密测量。

单频接收机：这种接收机只能选择性地接收L1的载波信号，对物体进行定位，但是有电离层延迟的影响，所以只适合于在短基线上进行紧密的定位。

双频接收机：这种接收机可以同时接收来自L1、L2通道的载波信号，没有选择性，而且利用双频的电离层不同从而消除单频接收机的误差。

GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、 海洋和空间的广大用户，只要拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备， 即GPS信号接收机。

GPS接收机主要是由GPS接收机天线单元、GPS接收机主机单元和电源单元三部分组成的。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成，基本结构如图所示。

1. 接收机天线

接收机天线部分由天线和前置放大器组成。天线的作用是将GPS卫星信号的极微弱的电磁波转化为相应的电流;前置放大器的作用则是将微弱的GPS信号电流进行相应放大。通常对天线部分有如下要求。

(1)天线与前置放大器密封为一体，保障天线部分能够正常工作，减少信号损失。

(2)能够接收来自任何方向的卫星信号，不产生接收死角。

(3)拥有防护和屏蔽多路径效应的措施。

(4)天线的相位中心可保持高度的稳定，并与其几何中心尽量保持一致。

2.接收机主机

1)变频器

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。

信号通道：信号通道是GPS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信号通道具有以下作用。

(1)搜索卫星，牵引并跟踪卫星。

(2)对广播电文数据信号实行解扩，解调出广播电文。

(3)进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。

由于接收机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。

gps工作原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。

要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距(PR)：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。

GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m;P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码;每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。

可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。

.GPS的主要用途

(1)陆地应用：主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、 市政规划控制等;

(2)海洋应用：包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等;

(3)航空航天应用：包括飞机导航、航空遥 感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。