【正文】 第 7章 GPS接收機及其電路 第 7章 GPS接收機及其電路 GPS接收機 基于 RF8009的 GPS接收機電路 基于嵌入式系統(tǒng)的 GPS應(yīng)用設(shè)計 第 7章 GPS接收機及其電路 GPS接收機 GPS GPS接收機的基本構(gòu)成框圖如圖 71所示 ， 它由天線單元（ 有源或者無源 ） 和接收單元兩大部分組成 。 第 7章 GPS接收機及其電路 圖 71 GPS接收機的基本構(gòu)成框圖 第 7章 GPS接收機及其電路 衛(wèi)星信號是通過天線接收到的 ， 天線單元由接收天線和前置放大器組成 。 天線為右圓極化 （ RHCP） 形式 ， 典型的覆蓋角是 160176。 ， 其增益變化在天頂約為 dBic， 在仰角為 10176。 時接近于 1（ RHCP天線的單位增益也可以用全向圓極天線表示為 0 dBic=0 dB） ， 在 10176。 以下增益一般變?yōu)樨摰?。 由于衛(wèi)星信號是RHCP形式 ， 適合于用圓錐螺旋天線或其變形 （ 如定向天線 、 偶極子天線 、 微帶天線 、 螺旋天線等 ） 進行接收 。 同時在 L1和L2波段上跟蹤 P（ Y） 碼的 GPS接收機需要同時在兩個頻率上具有 MHz的帶寬 。 如果 GPS接收機只跟蹤 L1波段上的 C/A碼 ， 天線 （ 和接收機 ） 在飛機上傾向于使用薄剖面 、 低空氣阻力的片狀天線 ， 而陸上運載體 （ 如汽車 ） 可使用較大外形的天線 。 第 7章 GPS接收機及其電路 選擇天線時需要考慮的參數(shù)有天線增益場形 、 可用的安裝面積 、 空氣動力性能 、 多徑性能 、 無線電相位中心的穩(wěn)定度和抗干擾性等 。 某些軍用飛機使用波束控制或自適應(yīng)調(diào)零天線以抵制干擾 。 波束控制技術(shù)采用電子的方法將天線增益集中在衛(wèi)星的方向上以使鏈路的容量最大 。 而自適應(yīng)調(diào)零天線是電子可調(diào)的 ， 在天線方向圖中 ， 在干擾源 （ 任何電子輻射 ， 不管是來自朋友或敵方的 ， 只要干擾了 GPS信號的接收和處理 ， 均視為干擾源 ） 方向上建立零點 。 第 7章 GPS接收機及其電路 接收單元包括信號通道單元 、 存儲單元 、 計算和顯示單元以及電源四部分 。 其中核心部分是信號通道單元 ， 通常由硬件和軟件組成 。 每一通道在某一時刻只能跟蹤一顆衛(wèi)星 ， 當此衛(wèi)星被鎖定后便占據(jù)該通道 ， 直到失鎖為止 。 目前 GPS接收機廣泛應(yīng)用并行多通道技術(shù) ， 即一個 GPS接收機可同時跟蹤多顆衛(wèi)星 ， 同時鎖定多顆衛(wèi)星 ， 大大縮短了確定衛(wèi)星的 PVT時間 。 第 7章 GPS接收機及其電路 在接收單元 ， GPS射頻信號被下變頻到中頻 （ IF） ， 利用模 /數(shù) （ A/D） 轉(zhuǎn)換器對 IF信號采樣和數(shù)字化 。 基帶處理器對接收機進行控制 ， 包括信號的截獲 、 信號跟蹤和數(shù)據(jù)采集 。 此外 ， 基帶處理器也可以由接收機測量值形成 PVT解 。 在一些應(yīng)用中 ， 也可用專門的微處理器同時完成 PVT計算和相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航功能 。 大多數(shù)處理器在 1 Hz速率的基礎(chǔ)上提供獨立的 PVT解 。 然而 ， 用做飛機自動著陸和其他寬動態(tài)應(yīng)用的接收機 ， 至少需要以 5 Hz的速率計算獨立的 PVT解 。 格式化了的 PVT解和其他與導(dǎo)航有關(guān)的數(shù)據(jù)送至 I/O端口 。 第 7章 GPS接收機及其電路 I/O端口是在 GPS接收機和用戶之間的接口 。 I/O端口有兩種基本類型：整裝的和外置的 。 對于許多應(yīng)用來說 ， I/O端口是一個 CDU（ 控制顯示單元 ） 。 CDU允許操作員進行數(shù)據(jù)輸入 ，顯示出工作狀況和導(dǎo)航參數(shù) ， 還有許多導(dǎo)航功能 ， 如輸入航路點 、 待航時間等 。 大多數(shù)手持式設(shè)備有整裝的 CDU。 其他設(shè)備 ，比如某些機載或船載設(shè)備 ， 有可能其 I/O是集成在已有的儀器或控制面板上的 。 除了到用戶和操作員的接口之外 ， 在與其他傳感器 （ 例如慣導(dǎo) ） 組合使用時要求有數(shù)字數(shù)據(jù)接口以輸入和輸出數(shù)據(jù) 。 通用接口有 ARINC42 MILSTD1553B、 RS232和 RS422。 第 7章 GPS接收機及其電路 電源可能是整裝的 、 外接的 ， 或者兩者相結(jié)合 。 在整裝或自備實現(xiàn)方式 （ 比如手持式移動設(shè)備 ） 中 ， 一般使用電池供電 。 而在集成方式的應(yīng)用中 （ 比如裝在個人計算機的接收機板上的電源 ） 一般用已有的電源 。 機載 、 車載和船載 GPS設(shè)備一般用平臺電源 ， 然而 GPS接收機一般都具有內(nèi)置的電源變換器（ 交流變直流或直流變交流 ） 和電壓調(diào)節(jié)器 。 接收機內(nèi)置電池用以在平臺電源斷電時維持存儲在 RAM中的數(shù)據(jù)和運行內(nèi)置的實時時鐘 。 常用的一些 GPS接收機類型如表 71所列。 第 7章 GPS接收機及其電路 表 71 常用 GPS接收機類型 分類方法 接收機類型 按編碼信息分類 ①有碼接收機 ②無碼接收機 按接收的數(shù)據(jù)形式分類 ① C/A 碼偽距 ② C/A 碼偽距， L1 載波相位 ③ C/A 碼偽距， L1 載波相位， L2 載波相位 ④ C/A 碼偽距， P 碼偽距 ⑤ C/A 碼偽距， P 碼偽距， L1 載波相位， L2 載波相位 ⑥ L1 載波相位 ⑦ L1 載波相位， L2 載波相位 按接收機通道方式分類 ①時序接收機 ②多路復(fù)用接收機 ③多通道接收機 按采用的電子器件分類 ①模擬接收機 ②數(shù)字接收機 ③混合接收機 按性能分類 ① X 型接收機（高動態(tài)應(yīng)用接收機） ② Y 型接收機（中動態(tài)應(yīng)用接收機） ③ Z 型接收機（低動態(tài)應(yīng)用接收機） 按用途分類 軍用 / 民用 / 導(dǎo)航 / 測時 / 測地 按工作模式分類 ①單點定位 ②相對定位 ③差分定位 第 7章 GPS接收機及其電路 GPS接收機的分類 GPS接收機可分為兩種基本類型：同時跟蹤 P（ Y） 碼和 C/A碼的 PPS接收機以及僅跟蹤 C/A碼的 SPS接收機 。 PPS接收機同時在 L1和 L2波段上跟蹤 P（ Y） 碼 。 PPS接收機初始工作時在 L1上跟蹤 C/A碼 ， 然后轉(zhuǎn)換到在 L1和 L2上跟蹤 P（ Y） 碼 。 P(Y)碼跟蹤只有在加密單元的輔助下才能產(chǎn)生 。 SPS接收機只跟蹤 L1上的C/A碼 。 在這兩種基本接收機類型中 ， 還有其他一些變形 ， 比如無碼 L2跟蹤接收機 ， 這種接收機跟蹤 L1上的 C/A碼 ， 并同時跟蹤 L1和 L2頻率上的載波相位 。 利用載波相位作為測量點 ， 測量精度能夠達到厘米級甚至毫米級 。 多數(shù)接收機有多個通道 ， 每個通道跟蹤來自一顆衛(wèi)星的發(fā)射信號 。 第 7章 GPS接收機及其電路 圖 72 多通道 GPS接收機組成框圖 第 7章 GPS接收機及其電路 一個多通道 GPS接收機的組成框圖如圖 72所示 。 通常采用一個無源的帶通濾波器對