《第六章GPS信号接收机课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章GPS信号接收机课件.ppt（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、一、GPS卫星信号接收机的发展,GPS信号接收机，是GPS导航卫星的用户设备，是实现GPS卫星导航定位的终端仪器。它是一种能够接受、跟踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接收设备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、跟踪和处理卫星微弱信号的特性。,1964.TRANSIT卫星信号接收机；1980.第一台商品GPS信号接收机；1994.GPS和GLONASS信号集成接收机。,GPS卫星,载波L1，L2,伪噪声码C/A码，P码,导航电文D码,GPS信号,L1，C/A，D,L1，P，D,L2，P，D,GPS信号接收机,载波L1，L2,伪噪声码C/A码，P码,导航电文D码,GPS信号的
2、处理流程,二、GPS卫星信号接收机的类型,1.按接收机的用途分类 导航型接收机 测地型接收机 授时型接收机,导航型接收机,导航型接收机又分为:低动态型(如车载型和航海型)、中动态型(如航空型,飞行速度低于:400Km/h)高动态型(如航空型、星载型等,飞行速度大于:400Km/h)。结构简单、操作方便、价格便宜、应用十分广泛。,测量型接收机,测量方式多样(伪距测量、载波相位测量、GPS RTD和GPS RTK等).定位精度高(精度可达Cm级甚至更高!)。结构复杂、功能完善、价格较贵和应用范围较广。,授时型接收机,提供高精度的时间授时,主要用于天文台、地面监测站和无线电通讯中时间同步等。,2.按
3、接收机的载波频率分类 单频接收机 只能接收 L1 载波信号,测量定位精度一般较低!双频接收机 可同时接收 L1、L2载波信号,测量定位精度较高!,单频GPS信号接收机的基本性能,注：1in=2.54cm，1lb=0.453592kg，1oz=28.349523g。,双频GPS信号接收机的基本性能,3.按接收机通道数分类,多通道接收机序贯通道接收机多路多用通道接收机,多通道接收机,具有多个信号接收通道,每个通道只跟踪测量一颗卫星信号,所以可同时接收测量多颗卫星信号。,序贯通道接收机,仅具有一个信号接收通道,无法同时对多颗卫星信号进行跟踪测量。只能按时序顺次对各颗卫星的信号进行跟踪测量。但一个循环
4、时间较长(数秒钟),无法对卫星的信号进行连续跟踪测量。,多路复用通道接收机,只设一个或两个信号接收通道,但在相应软件控制下,依次对多颗卫星信号进行跟踪测量时其一个循环时间很短(一般不超过20ms),所以可对各颗卫星信号进行连续跟踪测量。但其信噪比低于多通道接收机。,4.按接收机工作原理分类,码相关型接收机 平方型接收机混合型接收机干涉型接收机,码相关型接收机,利用码相关技术将载波上的测距码去掉重新获得载波信号,这类接收机必须知道测距码的结构(P码或C/A码)。,平方型接收机,将接收到的卫星载波信号进行平方去掉测距码和导航电文重新获得载波信号,这类接收机不必知道测距码的结构(P码或C/A码)。称
5、为无码接收机。,混合型接收机,这类接收机综合了以上两种接收机的优点,目前常用的接收机均为此类。,干涉型接收机,此类接收机用于卫星射电干涉测量。,三、GPS信号接收机的结构,天线单元 接收单元变频器和中频放大器信号波道存储器计算和显示控制单元电源,天线单元,GPS接收机的天线类型较多有:单板天线、四线螺旋形天线、微波传输带型天线(微带天线)、圆锥螺旋天线等。目前大部分测量型接收机都用微带天线。这是因为微带天线体积小、重量轻、结构简单、性能优良,既适用于单频接收机,亦适用于双频接收机。其缺点是增益较低,但这可利用低噪声前置放大器弥补。,天线单元的作用：接收天线，是无线电波进入接收设备的入口，是将电
6、磁波还原为高频电流的能量变换器。将到达GPS信号接收天线的功率较小的电磁波变换成微波电信号，并将如此微弱的GPS电信号予以放大。,微带天线的优点：体积小，重量轻。易于集成，缩小整机。易于安装，结构牢固。易于批量生产，成本很低。,变频器和中频放大器,主要对卫星的射频信号进行变频。,信号波道,GPS卫星接收机可同时接受多颗卫星信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，从而实现对卫星信号的跟踪，处理和测量，具有这种功能的器件称为天线信号通道。,不同的接收机其通道是不一样的,其主要的功能为:1)搜索卫星。2)解调导航电文。3)对信号进行伪距测量、载波相位测量和多普勒测量。,跟踪模式,第1波道：第2波道：第
7、3波道：第4波道：,4个波道各测1颗卫星,平行跟踪式,序贯跟踪式,秒(s),1个波道测量4颗卫星,多重跟踪式,20ms,1个波道测量4颗卫星,存储器,将所获得的导航电文、各种观测值等信息进行存储,以便进行数据处理或数据保存。存储器能够存储导航定位现场所采集的伪距、载波相位测量和人工测量的数据，所解译的GPS卫星星历等。存储器的容量随着数据率和被测卫星数的不同而不同。,计算和显控,显控单元包括视屏显示窗和控制键盘。计算由微处理机完成。其中的处理软件，是实现GPS导航定位数据采集和波道自校检测自动化的重要部分，主要作用是信号不惑，环路跟踪和点位计算。对整个GPS接收机进行控制和管理。用于显示与导航
8、或测量定位相关的信息。,电源,GPS信号接收机一般以蓄电池作电源。可分为机内和机外两种电源。一种为内电源,主要用于为RAM存储器供 电,以防止关机后数据丢失。另一种为外接电源,用于供接收机正常工作。通常为可充电的12V直流镉镍电池,也可用普通汽 车电瓶。,当GPS卫星在用户视界升起时，能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行。对所接收到的GPS信号，具有变换，放大和处理的功能，以便GPS信号从卫星到接收天线的传播时间及其变率，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时的计算出测点的三维位置，三维速度和时间。GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功
9、能的GPS数据测后处理软件包。二者加起来才是完整的GPS信号用户设备。,四、GPS信号接收机的性能检验,GPS信号接收机的理想性能：观测量大具有同时跟踪和测量4颗以上GPS卫星的能力具有双频甚至三频的接收能力内存容量大无故障时间长测量精度高作业适应性强低功耗、小而轻数据处理软件功能强,GPS接收机的检验的内容,一般检验（1）GPS接收机及天线的外观应良好，型号应正确；各种部件及其附件应匹配，齐全和完好。（2）需要禁锢的部件不得松动或脱落；设备使用手册，后处理软件操作手册及磁盘应齐全。（3）天线，基座圆水准器及光学对中器是否正确；天线测高尺是否完好，尺长精度是否正确。（4）数据传录设备及软件是否
10、齐全，数据传输性能是否完好，并通过实例计算，测试和评估数据后处理软件。,通电检验：（1）有关信号灯，按键和显示系统工作应正常；（2）利用自测命令进行测试后，检验接收机锁定卫星时间的快慢，接收机信号的强弱及信号失锁情况。,测试检验：（1）接收机内部噪声水平测试及接收机天线相位中心稳定性测试。（2）接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试。（3）接收机频标稳定性检验和数据质量的评价。（4）接收机高低温性能测试及其综合性能评价等。,五、GPS信号接收机的维护,1、GPS接收机应指定专人负责保管,运输过程中应采取防震措施,不得碰撞、倒置和重压。作业期间必须严格遵守有关技术规定和操作要求。2、GPS接收
11、机应防震、防潮、防晒、防尘、防腐和防辐射等。应使接收机各种部件及其附件保持清洁。,3、当接收机采用外接电源时,应检查电压是否正常,电池正负极不得接反。4、当天线设置于楼顶、高标或其它设施的顶端作业时,在雷雨天作业应有避雷设施。5、严禁拆卸接收机各部件,如发生故障,应做好记录,并由专业人员进行维修。,思 考 题 1、简述GPS接收机的分类。2、简述GPS接收机的的结构。3、GPS接收机在使用时应注意哪些问题?,如何使用 GPS 接收机？,1.坐标(coordinate)有 2 维、3 维两种坐标表示，当 GPS 能够收到 4 颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的 3 维坐标：经度、纬度、高度，
12、若只能收到 3 颗卫星的信号，它只能计算出 2 维坐标：经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。大部分 GPS 不仅能以经/纬度(Lat/Long)的方式，显示坐标，而且还可以用 UTM(Universal Transverse Mercator)等坐标系统显示坐标但我们一般还是使用 LAT/LONG 系统，这主要是由你所使用的地图的坐标系统决定的。,2.航点(Landmark or Waypoint)GPS 内存中保存的一个点的坐标值。在有 GPS 信号时，你可以存储成一个易认的名字，还可以给它选定一个图标。航点是 GPS 数据核心，它是构成“航线”(见 3)的基础。标记航
13、点是 GPS 主要功能之一，但是你也可以从地图上读出一个地点的坐标，手工或通过计算机接口输入 GPS，成为一个航点。一个航点可以将来用于 GOTO 功能(见 5)的目标，也可以选进一条航线 Route，(见 3)作为一个支点。一般 GPS 能记录 500 个或以上的航点。,3.航线(ROUTE)航线是 GPS 内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标，每两个坐标点之间的线段叫一条 腿(leg)。常见 GPS 能存储 20 条线路，每条线路 30 条 腿。各坐标点可以从现有航点中选择，或是手工/计算机输入数值，输入的路点同时做为一个航点(Waypoint/L
14、andmark)保存。,4.前进方向(Heading)GPS 没有指北针的功能，静止不动时它是不知道方向的。但是一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。GPS 每隔一秒更新一次当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标一比较，就可以知道前进的方向。,5.导向(Bearing)导向功能在以下条件下起作用：1.)以设定 走向(GOTO)目标。走向 目标的设定可以按 GOTO 键，然后从列表中选择一个航点。以后 导向 功能将导向此航点 2.)目前有活跃航线(Activity route)。活跃航线一般在设置-航线菜单下设定。如果目前有活动航线，那么 导向 的点是航线中第一个路点，每到达一个路点后，自动
15、指到下一个路点。,6.日出日落时间(Sun set/raise time)大多数 GPS 能够显示当地的日出、日落时间，这在计划出发/宿营时间时是有用的。这个时间是 GPS 根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。GPS 的时间是从卫星信号得到的格林尼制时间，在设置(setup)菜单里可以设置本地的时间偏移，对中国来说，应设+8 小时，此值只与时间的显示有关。,7.航迹(Plot trail)GPS 每秒更新一次坐标信息，所以可以记载自己的运动轨迹。一般 GPS 能记录 1024 个以上足迹点，在一个专用页面上，以可调比例尺显示移动轨迹。足迹点的采样有自动和定时两种方式自动采样由 GPS 自动决定足迹点的采样方式，一般是只记录方向转折点，长距离直线行走时不记点；定时采样可以规定采样时间间隔，比如 30 秒、一分钟、5 分钟或其他时间，每隔这么长时间记一个足迹点。,
