GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法是什么

　　GPS定位系統(tǒng)相信大家都不陌生，那么，你們知道它的硬件實(shí)現(xiàn)方法是什么嗎?下面是學(xué)習(xí)啦小編帶來(lái)的關(guān)于GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法是什么的內(nèi)容，歡迎閱讀!

　　GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法是什么?

　　定位原理

　　GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶(hù)接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶(hù)到衛(wèi)星的距離則通過(guò)記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶(hù)與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距(PR，)：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱(chēng)偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。

　　GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz，重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m;P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼;每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶(hù)接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶(hù)的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶(hù)在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。

　　可見(jiàn)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶(hù)接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶(hù)的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)Δt即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。

　　GPS接收機(jī)可接收到可用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級(jí)的時(shí)間信息;用于預(yù)報(bào)未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷;用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米(各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化);以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。

　　GPS接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱(chēng)為偽距。對(duì) CA碼測(cè)得的偽距稱(chēng)為CA碼偽距，精度約為20米左右，對(duì)P碼測(cè)得的偽距稱(chēng)為P碼偽距，精度約為2米左右。

　　GPS接收機(jī)對(duì)收到的衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱(chēng)為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)刻量測(cè)，保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開(kāi)始觀測(cè)時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測(cè)值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對(duì)定位、并有一段連續(xù)觀測(cè)值時(shí)才能使用相位觀測(cè)值，而要達(dá)到優(yōu)于米級(jí)的定位 精度也只能采用相位觀測(cè)值。

　　按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位(差分定位)。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車(chē)船等的概略導(dǎo)航定位。相對(duì)定位(差分定位)是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。

　　在GPS觀測(cè)量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個(gè)頻率的觀測(cè)量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(shí)(大氣有明顯差別)，應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。

　　GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式。

　　GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱(chēng)。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(Geometrical Product Specifications, 簡(jiǎn)稱(chēng)GPS)。另外一種含義為G/s(GB per second)。GPS(Generalized Processor Sharing)廣義為處理器分享，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量控制中的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)。good

　　《GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法》主要講述了，雖然目前關(guān)于GPS接收機(jī)的許多著作都旨在講解一些與作者各自工作緊密相關(guān)的內(nèi)容，而《GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法》則是采用盡可能少的數(shù)學(xué)公式總結(jié)了一些基本的原理，詳細(xì)描述了構(gòu)建一個(gè)精度在300m內(nèi)的GPS接收機(jī)所必需遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范和電路結(jié)構(gòu)。書(shū)中專(zhuān)門(mén)安排章節(jié)講述了GPS信號(hào)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)流、接收機(jī)細(xì)節(jié)(使用混合設(shè)計(jì)作為范例)，以及一些更為先進(jìn)的接收機(jī)和相關(guān)主題。包括時(shí)間與頻率測(cè)量等。隨后討論了ZarlinkGPS接收機(jī)的芯片組，全面介紹了一種已研制成功的最為精確的接收機(jī)——TurboRogLJe接收機(jī)。

　　《GPS接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)方法》采用一種混合設(shè)計(jì)的接收機(jī)作為討論的基礎(chǔ)，通過(guò)引導(dǎo)讀者了解從天線(xiàn)到用戶(hù)位置解算的相關(guān)概念和電路，進(jìn)而將一些核心思想推廣到更為復(fù)雜、精確的設(shè)計(jì)模式中。書(shū)中使用了數(shù)字的實(shí)現(xiàn)方法，但也一起評(píng)估了與之相對(duì)應(yīng)的模擬方法，同時(shí)作者說(shuō)明了與空間物理位置相比，GPS接收機(jī)和衛(wèi)星更關(guān)注時(shí)間與運(yùn)動(dòng)的原因。