第八章GPS接收机教材
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《GPS 的基本工作原理》 说课稿
《GPS 的基本工作原理》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是“GPS 的基本工作原理”。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析本节课内容选自_____出版社出版的《＿____》教材的第_____章第_____节。
GPS 作为现代定位导航技术的代表，在日常生活、交通运输、军事等领域都有着广泛的应用。
通过学习 GPS 的基本工作原理，能够让学生了解这一重要技术的实现方式，为后续学习相关的地理信息技术打下基础。
二、学情分析本次授课的对象是_____年级的学生，他们已经具备了一定的地理知识和逻辑思维能力。
在日常生活中，学生对 GPS 的应用有一定的感性认识，比如手机导航、车载导航等，但对于其背后的工作原理可能了解较少。
因此，在教学过程中，需要通过直观的演示和生动的案例，帮助学生理解抽象的原理。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）学生能够理解 GPS 系统的组成部分及其功能。
（2）掌握 GPS 定位的基本原理，包括卫星信号的发送与接收、测量距离的方法等。
2、过程与方法目标（1）通过观察图片、视频等资料，培养学生的观察能力和信息提取能力。
（2）通过小组讨论和案例分析，提高学生的合作学习能力和解决问题的能力。
3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对地理信息技术的兴趣，培养学生的科学探索精神。
（2）让学生认识到科学技术在生活中的重要作用，增强学生的科技意识。
四、教学重难点1、教学重点（1）GPS 系统的组成和各部分的功能。
（2）GPS 定位的基本原理，包括卫星信号的传播、测量距离的方法。
2、教学难点（1）理解卫星信号传播中的时间测量和距离计算。
（2）解释 GPS 定位中的误差来源及修正方法。
五、教学方法为了实现教学目标，突破教学重难点，我将采用以下教学方法：1、讲授法通过简洁明了的语言，向学生讲解 GPS 的基本概念和工作原理，使学生对新知识有初步的了解。
第九章 GPS接收机
•多通道接收机：具有多个卫星信号通道，每个通道只连续跟 踪一个卫星信号。也称连续跟踪型接收机。 •序贯通道接收机：只有1-2个信号通道，为了跟踪多个卫星， 在相应软件控制下按时序依次对各卫星信号进行跟踪量测。 依次量测一个循环所需时间较长（大于20ms），对卫星信 号的跟踪是不连续的。 •多路复用通道接收机：与序贯通道接收机相似，也只有1-2个 信号通道，在相应软件控制下按时序依次对各卫星信号进 行跟踪量测。依次量测一个循环所需时间较短（小于 20ms），可保持对卫星信号的连续跟踪。
天线前置放 大器 信号处 理器 微处理器 导航计算机 用户信 息传输 数据存储器 外部传输 电源
震荡器Байду номын сангаас
GPS接收机的主要结构组成： •天线（带前置放大器） •信号处理器：用于信号识别与处理 •微处理器：用于接收机的控制、数据采集和导航计算 •用户信息传输：包括操作板、显示板等 •精密震荡器：产生标准频率 •电源
•统一数据文件格式：将不同类型接收机的数据记录格式、 项目和采样间隔，生成标准的文件格式（通过 RINEX），以便统一处理。 •卫星轨道的标准化：统一不同来源卫星轨道信息的表达 方式、平滑GPS卫星每小时发送的轨道参数，使观测 时段的卫星轨道标准化。 •自动探测周跳，修复载波相位观测值。 •对观测值进行必要的改正。 •基线向量的定义。
GPS接收机按构成部分的性质和功能划分： •硬件部分：上述的各种设备。 •软件部分：支持接收机硬件实现其功能，并完成各种导 航和测量任务的程序。包括内软件和外软件。所谓内 软件是指诸如控制接收机信号通道，按时序对各卫星 信号进行量测的软件，以及固化在中央处理器中自动 操作程序等。此类软件已与接收机融为一体。外软件 是指处理观测数据的软件系统，一般以磁盘方式提供。 无特别说明，通常所指的软件均指外软件。
GPS信号接受机PPT精选文档
（1）单频接收机
只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进
行定位。
只适用于短基线(小于15km)的精密定位。
（2）双频接收机
可以同时接收L1和L2载波信号。 可用于长达几千公里的精密定位。
7
GPS接收机分类
❖ 信号通道：不同卫星的信号的经由天线进入接收机 的“路径” ，实现对卫星信号的跟踪、处理和测量。
一个星座
11
GPS/GLONASS集成接收机的优越性
单一GPS星座和GPS/GLONASS混 合星座的位置测量精度比较
单一GPS星座和GPS/GLONASS混合 星座的二维位置差分测量精度的比较
12
GPS接收机基本结构
▪ 天线 ▪ 主机 ▪ 电源
13
GPS接收机天线
▪ 天线：将GPS卫星信号的极微弱的电磁
GPS接收机分类
四、按工作原理分：
1. 码相关型接收机
利用码相关技术得到载波相位的伪距观测值
2. 平方型接收机
利用平方技术去掉调制信号，恢复载波信号。通过比较机内产生的 载波与接收到的载波信号的相位差测定伪距。
3. 混合型接收机
测量工作中广泛使用
4. 干涉型接收机
将卫星作为射电源，采用干涉测量方法测定测站间距离
3
目前国内测地型接收机 的型号性能、用途
4
目前国内测地型接收机 的型号性能、用途
5
GPS接收机分类
一、按用途分：
（1）导航型接收机
实时数据处理，20米精度
（2）测地型接收机
测后数据处理，厘米级精度
（3）授时型接收机
专用于时间测定
车载型 航海型 航空型 星载型
6
GPS接收机分类
二、按载波频率分：
只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进
行定位。
只适用于短基线(小于15km)的精密定位。
（2）双频接收机
可以同时接收L1和L2载波信号。 可用于长达几千公里的精密定位。
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GPS接收机分类
❖ 信号通道：不同卫星的信号的经由天线进入接收机 的“路径” ，实现对卫星信号的跟踪、处理和测量。
一个星座
11
GPS/GLONASS集成接收机的优越性
单一GPS星座和GPS/GLONASS混 合星座的位置测量精度比较
单一GPS星座和GPS/GLONASS混合 星座的二维位置差分测量精度的比较
12
GPS接收机基本结构
▪ 天线 ▪ 主机 ▪ 电源
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GPS接收机天线
▪ 天线：将GPS卫星信号的极微弱的电磁
GPS接收机分类
四、按工作原理分：
1. 码相关型接收机
利用码相关技术得到载波相位的伪距观测值
2. 平方型接收机
利用平方技术去掉调制信号，恢复载波信号。通过比较机内产生的 载波与接收到的载波信号的相位差测定伪距。
3. 混合型接收机
测量工作中广泛使用
4. 干涉型接收机
将卫星作为射电源，采用干涉测量方法测定测站间距离
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目前国内测地型接收机 的型号性能、用途
4
目前国内测地型接收机 的型号性能、用途
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GPS接收机分类
一、按用途分：
（1）导航型接收机
实时数据处理，20米精度
（2）测地型接收机
测后数据处理，厘米级精度
（3）授时型接收机
专用于时间测定
车载型 航海型 航空型 星载型
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GPS接收机分类
二、按载波频率分：
GPS接收机工作原理PPT课件
100KHz -100 dBc/Hz
本振信号频率准确度和稳定度：优于5×10－7
B1 ：1 5 7 5 . 4 2 M H z
LNA
875.58M Hz
滤波
一变频
滤波 放大
检波
46.42M Hz
VG A
二变频
滤波
2451M Hz PLL
10M Hz
Lo2:922M H z
PLL
LNA
B2：1227.6M Hz
四螺旋天线
左旋园极化
优点：天线频带宽，全园极化性好，可捕获低角卫星 缺点：不能进行双频接收，抗震性差
GPS天线
典型的微带贴片天线是在一块厚度远小于工 作波长的介质基片上，用微波集成技术覆盖在 基片两面上的辐射片所构成的。在实际应用中， 贴片辐射器的典型形状是矩形和圆形，然而， 这种微带天线带宽很窄（一般不超过1%）。
C/A码和P码的捕获
相关探测法——每次移动本地码半个码元进行相关 比较 。
C/A码捕获：因为C/A码短，用1.5min可完成捕获。 P码捕获：P码X1，X2 12位移位截短寄存器在每周六零
时置成初始状态。
C/A码捕获后，在导航电文中转换码中给出Z 计数，该计数按1.5秒计算，从星期六零时开 始。有了Z计数就可以计算出X1X2状态，即可 预先将P码本地码移到应有的状态，所以只需 很短时间即可完成对P码捕获。 捕获——通过检测伪随机码和本地码相关输出为最 大，即可捕获卫星。
镜频噪声抑制：≥40dB
输出中频频率： L1: 46.42 MHz
L2：46.6 MHz
3dB带宽
1.023MHz
带外杂波抑制：≥40dB
输出信号电平：4dBm±1dB 阻抗：50Ω
GPS_培训教材PPT课件
▪ 卫星钟差
▪ 卫星信号发射天线相位中心偏差
❖ 与传播途径有关的因素
▪ 电离层延迟
▪ 对流层延迟
▪ 多路径效应
❖ 与接收机有关的因素
▪ 接收机钟差
▪ 接收机天线相位中心误差
▪ 接收机软件和硬件造成的误差
2020/3/23
南方测绘仪器有限公司
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9 GPS 测量
－－采用载波相位观测值
发自卫星 的电磁波 信号：
技术背景（信号组成）： C/A 码 L1 P码和Y码 L2 防电子欺骗技术（AS） 选择性服务政策（SA）*
SA技术已经于2000年5月取消
2020/3/23
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3 GPS 系统的组成
全球定位系统（GPS）由三个主要部分组成
空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息
GPS测量的精度标准
GPS网的精度指标，通常以网中相邻点之间的距离 误差来表示的，其具体形式如下：
=±a2 + (b·d)2
—距离中误差（mm） a—固定误差(mm)
b—比例误差系数(ppm)
d—相邻点的距离（Km）
2020/3/23
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国家测绘局1992年制订的我国第一部“GPS测量规范”将GPS的精度分为 A—E五级（见下表）。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。C、D、E三 级是针对局部性GPS网规定的。
导航型接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备手持机天线天线前置放大器前置放大器电源部分电源部分射电部分射电部分微处理器微处理器数据存器数据存器显示控制器显示控制器供电信号信息命令数据供电控制供电数据控制2020327南方测绘仪器有限公司13gps定位原理1卫星信号结构基准频率1023mhzl1157542mhz23mhzl2122760mhz1023mhz1015412050比特s卫星信息电文d码每颗卫星都发射一系列无线电信号基准频率?一组导航电文信息码d码2020327南方测绘仪器有限公司14gps定位的各种常用的观测量gps定位原理2l1载波相位观测值l2载波相位观测值调制在l1上的cacode伪距调制在l2上的pcode伪距dopple观测值2020327南方测绘仪器有限公司15对卫星进行测距gps定位原理3接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距地心rjrjr为已知的卫地矢量p为观测量伪距r为未知的测站点位矢量2020327南方测绘仪器有限公司16距离观测值的计算gps定位原理接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的2020327南方测绘仪器有限公司17gps定位原理单点定位结果的获取卫星充当轨道上运动的控制点观测值为测站至卫星的伪距由时延值推算得到所以要同步观测4颗卫星解算四个未知参数
GPS接收机使用说明书
当测量结束时，接收机采集的数据可以下载到计算机里并使用后处理软件处理。详 见《BFPP 使用说明书》。
RTK 工作模式
RTK (Real Time Kinematic)是一种差分 GPS 数据处理方法。主要构成：基准站、移 动站、数据链、控制软件。基准站实时的将卫星观测数据和基准站坐标发送给移动站， 移动站通过电台或 GPRS/CDMA 接收差分数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站 的高精度位置。
基准站若以自启动方式来启动，架设好仪器开机后，无需操作，差分数据自动发送， 此时基准站以获得的当前位置单点定位值来启动。基准站开机后默认的启动方式就是自 启动。建议启动基准站时，还是使用下面介绍的“手簿启动”方式，因为这样启动时， 保留了启动基准站时使用的点的坐标，方便将来可能继续使用当前的位置来启动基准站。
提示信息
电台在工作过程中，如果“RXD”灯闪烁，说明电台接受到外界信号了，并会对当 前工作中的电台产生干扰，此时需要按“CHANNEL”按钮切换信道，直到“RXD”灯 不亮为止（相应的也要更改移动站内置电台的信道，详见《博飞 RTK 手簿软件操作手 册》）。
8
3.3 仪器架设
3.3.1 架设要求
基准站应该选择视野开阔的地方，这样有利于卫星信号的接受。 基准站架设高度应避免过低，防止人为干扰。 基准站架设的脚架应整平，（如果基准站架设在已知点时，还要求进行对中）。 在有电台的情况下： 基准站脚架和天线脚架之间应该保持至少 3m 的距离，避免电台干扰 GPS 信号。基 准站应架设在地势较高的地方，以利于 UHF 无线信号的传送，如移动站距离较远，还需 要增设电台天线加长杆。
3 RTK 基准站工作模式....………………..……….………………..8 3.1 认识基准站接收机…………………….…….………………8 3.2 外置 PDL 电台的设置……………………..….…………….8 3.3 仪器架设…………….……………………………………….9 3.3.1 架设要求 .……………………………………………9 3.3.2 电台模式连接图示 .…………………………………9 3.4 启动基准站 …………………………….…………………..11 3.4.1 自启动……………………………..…………………11 3.4.2 手簿启动……………………………..……………….11
RTK 工作模式
RTK (Real Time Kinematic)是一种差分 GPS 数据处理方法。主要构成：基准站、移 动站、数据链、控制软件。基准站实时的将卫星观测数据和基准站坐标发送给移动站， 移动站通过电台或 GPRS/CDMA 接收差分数据，并在机进行处理，从而实时得到移动站 的高精度位置。
基准站若以自启动方式来启动，架设好仪器开机后，无需操作，差分数据自动发送， 此时基准站以获得的当前位置单点定位值来启动。基准站开机后默认的启动方式就是自 启动。建议启动基准站时，还是使用下面介绍的“手簿启动”方式，因为这样启动时， 保留了启动基准站时使用的点的坐标，方便将来可能继续使用当前的位置来启动基准站。
提示信息
电台在工作过程中，如果“RXD”灯闪烁，说明电台接受到外界信号了，并会对当 前工作中的电台产生干扰，此时需要按“CHANNEL”按钮切换信道，直到“RXD”灯 不亮为止（相应的也要更改移动站内置电台的信道，详见《博飞 RTK 手簿软件操作手 册》）。
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3.3 仪器架设
3.3.1 架设要求
基准站应该选择视野开阔的地方，这样有利于卫星信号的接受。 基准站架设高度应避免过低，防止人为干扰。 基准站架设的脚架应整平，（如果基准站架设在已知点时，还要求进行对中）。 在有电台的情况下： 基准站脚架和天线脚架之间应该保持至少 3m 的距离，避免电台干扰 GPS 信号。基 准站应架设在地势较高的地方，以利于 UHF 无线信号的传送，如移动站距离较远，还需 要增设电台天线加长杆。
3 RTK 基准站工作模式....………………..……….………………..8 3.1 认识基准站接收机…………………….…….………………8 3.2 外置 PDL 电台的设置……………………..….…………….8 3.3 仪器架设…………….……………………………………….9 3.3.1 架设要求 .……………………………………………9 3.3.2 电台模式连接图示 .…………………………………9 3.4 启动基准站 …………………………….…………………..11 3.4.1 自启动……………………………..…………………11 3.4.2 手簿启动……………………………..……………….11
GPS原理及应用PPT课件
地面监控
包括主控站、监控站和注入站，负责跟踪卫星 、计算轨道和提供时间同步信息。
3
用户设备
GPS接收机，用于接收卫星信号并计算位置、 速度等信息。
GPS系统的特点
全球覆盖
GPS系统可实现全球范围内的定位 和导航。
高精度定位
利用差分技术，GPS系统可提供米 级甚至厘米级的定位精度。
实时性
GPS系统能够实时提供位置、速度 和时间等信息。
接收机的硬件和软件故障、多路径效应等， 导致接收机获取的位置信息存在误差。
地球自转和极移的影响，导致接收机获取的 位置信息存在误差。
GPS误差的处理方法
双频接收
采用双频接收技术，提高接收机的 测量精度。
差分技术
利用多个接收机同时观测同一组卫 星，通过差分算法消除公共误差， 提高测量精度。
载波相位观测
多频观测
利用多个不同频率的GPS信号进行观测，可以消除电离层误差，提高定位精度。
GPS与其他传感器的融合
惯性传感器
将GPS与惯性传感器(陀螺仪和加速度计)进行融合，可以提高定 位精度和可靠性。
地形图匹配
将GPS与地形图匹配技术进行融合，可以利用地形信息对GPS定 位结果进行修正，提高定位精度。
无线通信技术
角度计算
通过测量多个卫星信号的 相位角，可以计算出接收 机相对于卫星的方位角和 姿态角。
授时原理
时间同步
01
GPS卫星上装有原子钟，可以提供高精度的时间同步信号。
同步误差
02
由于卫星和接收机之间的时间同步存在误差，需要进行修正。
时间计算
03
通过接收机接收到卫星信号，使用修正算法对时间同步误差进
行修正，得到高精度的时间信息。
包括主控站、监控站和注入站，负责跟踪卫星 、计算轨道和提供时间同步信息。
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用户设备
GPS接收机，用于接收卫星信号并计算位置、 速度等信息。
GPS系统的特点
全球覆盖
GPS系统可实现全球范围内的定位 和导航。
高精度定位
利用差分技术，GPS系统可提供米 级甚至厘米级的定位精度。
实时性
GPS系统能够实时提供位置、速度 和时间等信息。
接收机的硬件和软件故障、多路径效应等， 导致接收机获取的位置信息存在误差。
地球自转和极移的影响，导致接收机获取的 位置信息存在误差。
GPS误差的处理方法
双频接收
采用双频接收技术，提高接收机的 测量精度。
差分技术
利用多个接收机同时观测同一组卫 星，通过差分算法消除公共误差， 提高测量精度。
载波相位观测
多频观测
利用多个不同频率的GPS信号进行观测，可以消除电离层误差，提高定位精度。
GPS与其他传感器的融合
惯性传感器
将GPS与惯性传感器(陀螺仪和加速度计)进行融合，可以提高定 位精度和可靠性。
地形图匹配
将GPS与地形图匹配技术进行融合，可以利用地形信息对GPS定 位结果进行修正，提高定位精度。
无线通信技术
角度计算
通过测量多个卫星信号的 相位角，可以计算出接收 机相对于卫星的方位角和 姿态角。
授时原理
时间同步
01
GPS卫星上装有原子钟，可以提供高精度的时间同步信号。
同步误差
02
由于卫星和接收机之间的时间同步存在误差，需要进行修正。
时间计算
03
通过接收机接收到卫星信号，使用修正算法对时间同步误差进
行修正，得到高精度的时间信息。
北斗GPS双模软件接收机原理与实现技术
第三章则重点介绍了北斗GPS双模软件接收机的性能评估和测试方法。作者 指出，为了保证双模软件接收机的性能和稳定性，需要进行全面的测试和评估。 他详细介绍了各种测试方法和评估指标，包括定位精度、抗干扰能力、时间同步 等。还给出了测试结果和分析报告，为读者提供了参考和借鉴。
第四章则介绍了北斗GPS双模软件接收机的应用场景和发展趋势。作者指出， 随着卫星导航系统的不断发展和应用领域的扩展，双模软件接收机将会在更多领 域得到应用。例如，在智能交通、航空航天、海洋测量等领域，双模软件接收机 的高精度和高可靠性将为各种应用场景带来更多的便利和发展机遇。
内容摘要
本书具有以下特点：内容全面、系统，从硬件设计到软件实现，从基本原理到具体应用，都进行 了深入浅出的讲解。本书实用性强，不仅提供了大量的理论分析，还给出了大量的实例和实际应 用方案，使得读者能够更好地理解和掌握相关知识和技能。本书的编写风格清晰明了，语言简练， 使得读者能够轻松阅读和理解。 《北斗GPS双模软件接收机原理与实现技术》是一本关于北斗GPS双模软件接收机设计和实现技术 的专业书籍，具有很高的参考价值。本书不仅适用于从事卫星导航、无线通信、电子工程等领域 的技术人员，也可作为相关专业的研究生和高年级本科生的参考教材。
第五章，对全书内容进行了总结，并展望了北斗/GPS双模软件接收机未来的 发展趋势。作者指出，随着科技的不断发展，双模软件接收机将会在更多领域得 到应用，其功能和性能也将得到进一步的提升和完善。
《北斗/GPS双模软件接收机原理与实现技术》这本书的目录结构合理，内容 丰富，深入浅出地介绍了北斗/GPS双模软件接收机的原理和实现技术。本书既适 合作为科研人员的参考书籍，也适合作为本科高年级学生和研究生的教材。通过 阅读本书，读者可以深入了解北斗/GPS双模软件接收机的工作原理、设计方法和 实现技术，为在实际应用中进行系统设计和开发提供重要的理论支持和实践指导。
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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。
实验一 GPS接收机的使用
时间：2009.5.27 地点：...... 实验目的：
实验内容：
定位； 导航：沿着航迹或者航线导航； 测量距离和面积：利用航迹测距离和面积；
实验一 GPS接收机的使用
GPS测量前注意事项：
在 15º截止高度角以上不存在障碍物； 周围没有反射面，不致引起多路径效应； 安全避开过往行人和车辆； 附近不应该有强辐射源(如无线电台、电视发射
，经数据处理，完成相应的工作。GPS接收机硬件一般 由主机、天线和电源组成。
GPS信号接收机
定义 结构 信号通道 工作原理 分类 术语
一、定义
能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星 信号的专门设备。
多数采用石英钟。
二、GPS接收机结构
天线单元
GPS接收机主要由 GPS接收机天线单元和 GPS接收机接收单元组 成。
根据工作原理： 码相关型(P71)通道； 平方型(P192)通道； 码相位型通道(P193)；
序贯通道、多路复用通道和多通道：
码相关型通道、平方型通道和码相位型通道：
四、GPS接收机工作原理
接收机的主要任务是：捕获到按一定卫星高度 的待测卫星，跟踪这些卫星的运行；对所接收到的 GPS信号，进行变换、放大和处理，并测量出GPS 信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫 星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位 置，甚至三维速度和时间。
GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数 据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备！
四、GPS接收机工作原理
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 数据
供电，控制
微处理器
信息 控制
数据 供电
电源部分
数据存储器
NMEA 0183 数据格式
GPS 接收机的构成 及工作原理
赵晶 同济大学海洋与地球科学学院
2009.5.25
GPS应用
GPS技术
军
交
海
航
航
通
通
测
运
遥
事
输
洋
运
感
迅
GPS系统构成
GPS系统由三部分组成：
空间卫星星座：21颗工作卫星，3颗备用卫星。 地面控制系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。 用户设备部分：接收GPS卫星信号，以获得必要的信息
多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通 道接收机。
五、GPS接收机分类
GPS手持机 ：
GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的，体积小巧 、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备。好 的手持机必备的条件是：灵敏度高，存贮量大，外部接 口齐全。
GPS手持机按用途可分为陆用型、空用型、海用型。陆 用型GPS手持机一般没有内置地图，主要利用航路点记 录，选择相应航路点可自动生成路线。内置天线使得机 型小巧，它是应用最广的GPS设备；空用型提供全球空 域图和地域图，灵敏度极高，适用于在高速行进的飞机 中定位；海用型内置全球海图，超大屏幕，提供可固定 在船体上的配套支架和天线。
四、GPS接收机工作原理
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NMEA 0183 数据格式
五、GPS接收机分类
按接收机工作原理分类：
码相关型接收机 利用码相关技术得到伪距观测值。
平方型接收机 利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载 波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收 到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。
混合型接收机 综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距观测 量，也可以得到载波相位观测值。
五、GPS接收机分类
常见的GPS接收机品牌：
Trimble，Ashtech，Thalas，Leica， Topcon，Novatel，Garmin，Motorola
六、术语
坐标(Coordinate)： 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，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。上海地区纬在北纬31.2度左右，此地经度一 度合276公里，一分合1.42公里，一秒合23.69米，你可以 选定某个显示方式，并把各位数字改变一对应地面移动 多少米记住，这样能在经纬度和实际里程间建立个大概 的对应。
信号通道 微处理器 输入输出
电源
三、信号通道
GPS卫星信号经由天线进入接收机的路径； 由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所
组成； 跟踪、分离、处理和量测卫星信号，获取工作所
需的数据和信息；
信号通道的类型：
根据对信号的跟踪方式： 多通道； 序贯通道； 多路复用通道；
测量型接收机
测量型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量，配 备有功能完善的数据处理软件，定位精度高，仪器结构复杂， 价格昂贵。
授时型接收机
这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授 时，常用于天文台及无线电通讯中Байду номын сангаас间同步。
五、GPS接收机分类
按接收机的载波频率分类：
单频机
单频接收机
单极天线
单频或双频(双极结构)、需要较大的底板、相位中 心稳定、结构简单
微带天线
结构简单、单频或双频、侧视角低(适合于机载应 用)、低增益、应用最为广泛
螺旋天线
四丝螺旋天线——单频、难以调整相位和极化方 式、非方位对称、增益特性好、不需要底板
空间螺旋天线——双频、增益特性好、侧视角高 、非方位对称
了解GPS接收机的工作原理； 认识GPS 接收机的结构； 熟练使用GPS接收机进行定位、导航与测量；
实验一 GPS接收机的使用
要求：
严肃认真、实事求是、团结协作； 必须参加每一个实验环节，协作完成实验任务，
独立完成实验报告。
实验仪器设备：
GARMIN GPS 72卫星信号接收机，Mio P350导 航系统，记录板、记录纸；
只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位 ，不能有效消除电离层延迟影响，只适用于短基线 (<15km)的精密定位。
双频接收机
可以同时接收L1，L2载波信号，可以消除电离层 对电 磁波信号的延迟的影响，可用于长达几千公里的精密 定位。
双频机
五、GPS接收机分类
按接收机信号通道类型分类： 根据接收机所具有的信号通道种类可分为：
航点(Landmark or Waypoint)：接收机内存中保存的 一个点的坐标值。航点是GPS接收机的数据核心，它是 构成“航线”的基础。标记航点是GPS主要功能之一，一 般GPS能记录3000个或以上的航点。
六、术语
航线(Route)：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。GPS72能存储50条航线，每条航线包含50个航 点。
背腔平面盘旋天线
接收单元由信号通道、微 处理器、存储器、显示器 及电源组成。
主要作用：记录GPS信号 并对信号进行解调和滤波 处理，还原出GPS卫星发 送的导航电文，解求信号 在站星间的传播时间和载 波相位差，实时地获得导 航定位数据或采用测后处 理的方式，获得定位、测 速、定时等数据。
存储器
$GPAAM - Waypoint Arrival Alarm $GPDCN - Decca Position $GPDPT - Depth $GPFSI - Frequency Set Information $GPGGA - Global Positioning System Fix Data $GPGLC - Geographic Position, Loran-C $GPGLL - Geographic Position, Latitude/Longitude $GPGRS - GPS Range Residuals $GPGSA - GPS DOP and Active Satellites $GPGST - GPS Pseudorange Noise Statistics $GPGSV - GPS Satellites in View $GPGXA - TRANSIT Position $GPHDG - Heading, Deviation & Variation $GPHDT - Heading, True $GPHSC - Heading Steering Command $GPOSD - Own Ship Data $GPR00 - Waypoint active route (not standard) $GPRMA - Recommended Minimum Specific Loran-C Data $GPRMB - Recommended Minimum Navigation Information $GPRMC - Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data
实验一 GPS接收机的使用
时间：2009.5.27 地点：...... 实验目的：
实验内容：
定位； 导航：沿着航迹或者航线导航； 测量距离和面积：利用航迹测距离和面积；
实验一 GPS接收机的使用
GPS测量前注意事项：
在 15º截止高度角以上不存在障碍物； 周围没有反射面，不致引起多路径效应； 安全避开过往行人和车辆； 附近不应该有强辐射源(如无线电台、电视发射
，经数据处理，完成相应的工作。GPS接收机硬件一般 由主机、天线和电源组成。
GPS信号接收机
定义 结构 信号通道 工作原理 分类 术语
一、定义
能够接收、跟踪、变换和测量GPS卫星 信号的专门设备。
多数采用石英钟。
二、GPS接收机结构
天线单元
GPS接收机主要由 GPS接收机天线单元和 GPS接收机接收单元组 成。
根据工作原理： 码相关型(P71)通道； 平方型(P192)通道； 码相位型通道(P193)；
序贯通道、多路复用通道和多通道：
码相关型通道、平方型通道和码相位型通道：
四、GPS接收机工作原理
接收机的主要任务是：捕获到按一定卫星高度 的待测卫星，跟踪这些卫星的运行；对所接收到的 GPS信号，进行变换、放大和处理，并测量出GPS 信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫 星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位 置，甚至三维速度和时间。
GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数 据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备！
四、GPS接收机工作原理
显示控制器
天线 前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 数据
供电，控制
微处理器
信息 控制
数据 供电
电源部分
数据存储器
NMEA 0183 数据格式
GPS 接收机的构成 及工作原理
赵晶 同济大学海洋与地球科学学院
2009.5.25
GPS应用
GPS技术
军
交
海
航
航
通
通
测
运
遥
事
输
洋
运
感
迅
GPS系统构成
GPS系统由三部分组成：
空间卫星星座：21颗工作卫星，3颗备用卫星。 地面控制系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。 用户设备部分：接收GPS卫星信号，以获得必要的信息
多通道接收机、序贯通道接收机、多路复用通 道接收机。
五、GPS接收机分类
GPS手持机 ：
GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的，体积小巧 、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备。好 的手持机必备的条件是：灵敏度高，存贮量大，外部接 口齐全。
GPS手持机按用途可分为陆用型、空用型、海用型。陆 用型GPS手持机一般没有内置地图，主要利用航路点记 录，选择相应航路点可自动生成路线。内置天线使得机 型小巧，它是应用最广的GPS设备；空用型提供全球空 域图和地域图，灵敏度极高，适用于在高速行进的飞机 中定位；海用型内置全球海图，超大屏幕，提供可固定 在船体上的配套支架和天线。
四、GPS接收机工作原理
＄GPRMC，104700
，A ，4388.1818 ，N ，12530.3904 ，E
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NMEA 0183 数据格式
五、GPS接收机分类
按接收机工作原理分类：
码相关型接收机 利用码相关技术得到伪距观测值。
平方型接收机 利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载 波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收 到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。
混合型接收机 综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距观测 量，也可以得到载波相位观测值。
五、GPS接收机分类
常见的GPS接收机品牌：
Trimble，Ashtech，Thalas，Leica， Topcon，Novatel，Garmin，Motorola
六、术语
坐标(Coordinate)： 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，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。上海地区纬在北纬31.2度左右，此地经度一 度合276公里，一分合1.42公里，一秒合23.69米，你可以 选定某个显示方式，并把各位数字改变一对应地面移动 多少米记住，这样能在经纬度和实际里程间建立个大概 的对应。
信号通道 微处理器 输入输出
电源
三、信号通道
GPS卫星信号经由天线进入接收机的路径； 由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所
组成； 跟踪、分离、处理和量测卫星信号，获取工作所
需的数据和信息；
信号通道的类型：
根据对信号的跟踪方式： 多通道； 序贯通道； 多路复用通道；
测量型接收机
测量型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量，配 备有功能完善的数据处理软件，定位精度高，仪器结构复杂， 价格昂贵。
授时型接收机
这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授 时，常用于天文台及无线电通讯中Байду номын сангаас间同步。
五、GPS接收机分类
按接收机的载波频率分类：
单频机
单频接收机
单极天线
单频或双频(双极结构)、需要较大的底板、相位中 心稳定、结构简单
微带天线
结构简单、单频或双频、侧视角低(适合于机载应 用)、低增益、应用最为广泛
螺旋天线
四丝螺旋天线——单频、难以调整相位和极化方 式、非方位对称、增益特性好、不需要底板
空间螺旋天线——双频、增益特性好、侧视角高 、非方位对称
了解GPS接收机的工作原理； 认识GPS 接收机的结构； 熟练使用GPS接收机进行定位、导航与测量；
实验一 GPS接收机的使用
要求：
严肃认真、实事求是、团结协作； 必须参加每一个实验环节，协作完成实验任务，
独立完成实验报告。
实验仪器设备：
GARMIN GPS 72卫星信号接收机，Mio P350导 航系统，记录板、记录纸；
只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位 ，不能有效消除电离层延迟影响，只适用于短基线 (<15km)的精密定位。
双频接收机
可以同时接收L1，L2载波信号，可以消除电离层 对电 磁波信号的延迟的影响，可用于长达几千公里的精密 定位。
双频机
五、GPS接收机分类
按接收机信号通道类型分类： 根据接收机所具有的信号通道种类可分为：
航点(Landmark or Waypoint)：接收机内存中保存的 一个点的坐标值。航点是GPS接收机的数据核心，它是 构成“航线”的基础。标记航点是GPS主要功能之一，一 般GPS能记录3000个或以上的航点。
六、术语
航线(Route)：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。GPS72能存储50条航线，每条航线包含50个航 点。
背腔平面盘旋天线
接收单元由信号通道、微 处理器、存储器、显示器 及电源组成。
主要作用：记录GPS信号 并对信号进行解调和滤波 处理，还原出GPS卫星发 送的导航电文，解求信号 在站星间的传播时间和载 波相位差，实时地获得导 航定位数据或采用测后处 理的方式，获得定位、测 速、定时等数据。
存储器
$GPAAM - Waypoint Arrival Alarm $GPDCN - Decca Position $GPDPT - Depth $GPFSI - Frequency Set Information $GPGGA - Global Positioning System Fix Data $GPGLC - Geographic Position, Loran-C $GPGLL - Geographic Position, Latitude/Longitude $GPGRS - GPS Range Residuals $GPGSA - GPS DOP and Active Satellites $GPGST - GPS Pseudorange Noise Statistics $GPGSV - GPS Satellites in View $GPGXA - TRANSIT Position $GPHDG - Heading, Deviation & Variation $GPHDT - Heading, True $GPHSC - Heading Steering Command $GPOSD - Own Ship Data $GPR00 - Waypoint active route (not standard) $GPRMA - Recommended Minimum Specific Loran-C Data $GPRMB - Recommended Minimum Navigation Information $GPRMC - Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data