[科普中国]-GPS 接收机

背景介绍

在欧美等国家，GPS接收机的研究和开发已经相对成熟，只是在追求高性能、多样化接收机方面不断完善，在诸如微弱信号检测、信号快速搜索、缩短启动时间等方面进行不断改善。近年来，关于GPS的研究不断升温，在接收机研究方面，主要集中在GPS如何满足车辆、武器、航空、航海、个人手持式导航设备的要求。其中小型化、低功耗、高精度、连续性、完好性、可用性、安全性等问题仍然是研究的热点。同时，软件GPS接收机、GPS与惯性导航(工NS)、推算导航(DR)组合也受到越来越多的关注。具体说来，目前主要解决的技术问题集中在系统的抗欺骗、抗干扰、弱信号捕获、误差分析、误差消除、多径抑制、二星定位、三星定位、几何精度因子监控、差分技术(RTD/RTK ) ，载波相位解模糊、载波周跳修复、地面伪卫星、信号质量监测、数据质量检测、测量质量检测等技术问题。目前，以上问题(比如精度、误差消除、差分技术等)有些已经得到很好解决，但仍有许多问题是当前GPS导航领域技术攻关的重点。

在国外与接收机研发相对应的市场应用也比较成熟和完善，无论是在军事领域还是口常生活，基于GPS的导航定位已经深入人心。在军事应用方面，GPS主要用于海、陆、空各类机动平台的定位，各类导弹、炸弹精确制导，野战机动部队定位和定时以及指引救援行动等方面。可以说其已成为现代化战争的重要组成部分。在航海导航方面，截至2001年底，世界上最后一段海岸线即南美洲阿根廷沿海DGPS基站投入使用，标志着全球航海导航全部实现了GPS化，GPS成为海上导航的主要手段。在航空导航方面，由于航空导航GPS化是GPS系统建设的重要目标之一，但航空导航可靠性要求高，技术相对复杂，因此GPS航空导航系统建设落后于GPS航海系统。国际上，为了使卫星导航成为航空导航的主导航手段，需要在现有的卫星导航系统基础上，建设增强系统，例如北美的WARS系统、LAAS系统，欧洲的EGNOS系统，口本的MSAS系统等。可以说，GPS将成为世界航空的主导航手段。在民用方面，由于GPS设备具有精度高、体积小、功耗小、成本低、实时性强、全球通用等特点，因此，越来越广泛地被应用到交通运输、城市监控、天气监测、灾害预报与防治、地震监测、电力网控制、通讯网控制、个人移动通信、遥感、测量、商业活动、农业耕作等一切与位置、速度、时间有关的人类活动中，并且发挥着越来越重要的作用1。

发展形势在GPS接收机应用层面上，截至到2003年底，我国已经步入全球卫星导航设备使用大国行列。但在我国，GPS接收机的开发和研制尚处于起步阶段。因此，我国非常需要掌握这方面技术的专业人才。目前许多高等院校已经认识到掌握全球星基导航相关知识的重要性，相继开设了卫星导航方面的专业课程。为配合GNSS(例如GPS， Galileo，GLONASS教学，北京东方联星科技有限公司推出了全国首台GPS原理实验平台。该平台为学生提供开放式的实验环境，使学生在真实设备、真实卫星信号环境下进行实验，理解和掌握接收机核心技术1。

如何分类可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同， 用户要求的GPS信号接收机也各有差异。现世界上已有几十家工厂生产GPS接收机， 产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。

按接收机的用途分类导航型接收机

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机 一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±25m，有SA影响时为±100m。 这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为： 车载型——用于车辆导航定位； 航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机 要求能适应高速运动。 星载型——用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高2。

测地型接收机

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。 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时间同步。

载波频率分类单频接收机

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。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（