GPS接收机介绍

1. 概 述

全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统； 用户设备部分—GPS信号接收机。

2. 卫星及星座

由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。 24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度， 即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度， 一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。

在两万公里高空的GPS卫星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周， 即绕地球一周的时间为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS 卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗， 最多可见到11颗。在用GPS信号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗 GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的 影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时间段叫做“间隙段”。但这种 时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。 GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。

3. 地面监控系统

对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的 的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常 工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统 另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。这就需要地面站监测 各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。

4. 用户设备

4.1 GPS信号接收机

GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并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，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，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，位置，甚至三维速度和时间。

静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。

GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。

近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在一定距离内精度可达 10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。

目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS 兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。

4.2 GPS接收机的分类

GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。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。目前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。

4.2.1按接收机的用途分类

1. 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±25mm，有SA影响时为±100mm。 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。这类仪器主要采用载波相位观测值 进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

3. 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。

4.2.2 按接收机的载波频率分类

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（<15km）的精密定位。

双频接收机

双频接收机可以同时接收L1，L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层 对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

4.2.3 按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号 的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有 的通道种类可分为：

多通道接收机

序贯通道接收机

多路多用通道接收机

4.2.4 按接收机工作原理分类

码相关型接收机

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

平方型接收机

平方型接收机是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

这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

干涉型接收机

这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。

Magellan GPS315/GPS320

美国著名GPS厂商麦哲伦公司（Magellan）于1999年推出了全新概念的个人卫星定位导航仪——GPS320/GPS315。它包含了全球主要城市数据库，可存储500个用户自定义坐标。

GPS320/GPS315可以带你去世界上的任何地方，仅仅需要按几个键，而更重要的是它可以将你带回家。

在GPS320/GPS315特有的超大屏幕上，为你提供多达9种画面，指示你的方向，走过的路线，距离目的地的距离，和其他导航信息。GPS320/GPS315内置了12平行通道接收器，保证导航仪在任何恶劣环境下均以正常工作。

GPS320/GPS315卫星定位导航仪还有许多体贴的设计和强大功能，例如：内置电池保证用户信息存储时间长达10年；提供背景光显示，你可根据环境调节屏幕亮度；PC数据线缆使得导航仪可以与个人计算机进行通讯，等等。

主要功能

. 内置数据库，包括全世界主要城市坐标和航海助航系统，如：发光浮标和不发光浮标，雾区，无线电信标台和其他。

. 串口通信能力可以方便您增加数据信息，和使用个人计算机内的地图软件。

. 强大的12平行通道接收器和高灵敏度全向天线， 保证卫星定位导航仪在任何环境中都能够跟踪到卫星信号。

. 104×160像素高分辨率显示器。

. 可边际存储1200个路径点，记录您的往返路途。

性能特点

. 二级背光显示屏，提供9种导航画面

. 2节5号碱性电池可保证导航仪工作15小时

. 内置锂电池保证信息存储长达10年

. “EZstart”操作可建立模拟导航方式和节电运行方式。

. 抗恶劣环境封装，全防水外壳，人性化工程设计便于掌握。

. 可存储达500个路径点或标记，20条路线（每条可包括30个航段）

. 自动平均值计算可准确提供坐标位置

. 显示太阳和月亮在天空中的位置，使您快速决定是否起航方向

. 重置航行里程表和最佳捕鱼时间计算

. 显示日出和日落，月出和月落，以及月形图

. 11个坐标系表示，提供1个用户自定义模式；72个地面基准面表示，提供1个自定义模式

. 机身小巧轻便（15.75cm×5.0cm×3.3cm），重量仅198.8克

. 可输出NMEA格式数据，接收DGPS信号

实用问题:

防水性能不好.耗电实测9-10小时(连续使用)

参考价格:这里的报价是指在北京市场上可以拿的价格.

市场价格:2600

折扣价格:2350

GARMIN eTrex 中文版

美国GARMIN公司是世界上最著名的、最受用户信赖的专业GPS生产厂家，其手持型、车载型等导航型GPS产品销量一直雄居世界榜首。

二十一世纪初，GARMIN采用其各项独有的先进技术——全新推出GPS eTrex（中文）——神奇小博士，全中文菜单易学易懂，10-15米误差，公里网格，坐标显示测面积一体，低功耗2节AA电池连续工作22(此是说明书数据,实际应用是可连续工作12-15小时,使用南福碱性电池)小时，150克体积小，超轻重量。

这款机型在原有机型功能上，减少其接收板每个芯片信道功耗，缩编菜单复杂操作，改变版面设计，增进单线分段式导航功能设置。

● 真正并行12通道、无需初始化、定位瞬间完成，城市、林地、沟谷各种恶劣环境从容定位。

● 原厂汉化、中文界面、人形图案

● 内存大、存点多、航点、航迹、航线多种导航方式。可以储存1200点.

● 内行记忆锂电池，寿命十年，卫星的数据永不丢失。

● 单手操作。

● 各种坐标系统（包含WGS—84，BJ—54及自定义坐标）、各种球面、平面显示格式。

GPS eTrex (中文)技术指标

导航特性：

航 路 点：500个可命名及定义图表字符的航点

航 迹：10条可自动生成的航迹

航 线：1条包含50个航点的航线

旅行提示器：当前速度、平均速度、最大速度、日出/日落时间、航程、航程时间、待航时间、预达时间、高度…

接收特性：

接 收 机：并行12通道，共同跟踪切换、适时修改当前位置

定位时间：热启动15秒

冷启动45秒

自动定位小于1.5分钟

数据更新率：数据更新率1次/秒，连续更新

定位精度：<10M RMS

1—3M（差分定位）RMS

动态性能：速度514m/s，加速度6g，加加速度60m/s3

速度精度：0.1节RMS

接 口：NMEA0183，RTCM104标准语句，RS232标准接口

电 源：

电 源：2节1.5vAA电池

电池寿命：16小时（标准模式）22小时（省电模式）

功 耗：0.35W

锂 电：内置锂电可用10年

物理指标：

尺 寸：11.2×5.1×3.0cm

重 量：150g（含电池）

显 示：LCD显示屏（5.4χ2.7cm）

温 度：-15℃—70℃

可选配件：

车用感应式天线：感应式天线，无外接天线接口手持机专用。

数 据 线：标准串口数据线，可与计算机等终端设备连接上下载各种数据。

安 装 支 架：车上固定安装支架，小巧坚固，转向灵活。

MapSource光盘：GARMIN 系列产品专用数据传输、编辑、成图软件。

实用问题:

内置天线,接收信号较弱.显示分辨率底.

参考价格:这里的报价是指在北京市场上可以拿的价格.

市场价格:2500

折扣价格:2200

GARMIN eTrex Summit(桂冠) 中文手持机

在综合以往各代手持机优良性能的基础上，GARMIN公司进一步发挥其在软件设计方面的强大优势，开发出独一无二的新一代GPS产品—eTrex Summit。她将GPS气压测高仪、磁力线罗盘合为一体，不但可以及时反映气压和高度的细微变化（2.5米），而且在屏蔽下也能灵敏显示运动方向。目测导航、偏航显示和自动求面积功能更是GARMIN手持机独创。当您在户外工作旅行的时候无需佩带罗盘、角规、测高仪等繁琐物件。

特点:

● 气压测高，误差小于2.5米

● 电子罗盘，灵敏反映角度变化

● 目测导航，自动换算坐标位置

● 求 面 积，野外作业更加轻松

● 高度查询，三维数据记录

eTrex Summit （中文）技术指标

导航特性：

航 路 点：500个可自定图形标记的航路点

航 迹：10条可自动生成的航迹，自动求面积

航 线：20条包含50个航点的航线

航 迹 点：3000个

个性特征：

高 程：即时显示当前位置的高度

电子罗盘：在屏蔽的状态下电子罗盘导航

角度分辨率：1度

接收特性：

接 收 机：并行12通道

定位时间：热启动15秒 冷启动45秒 自动定位小于1.5分钟

数据更新率：数据更新率1次/秒，连续更新

定位精度：

水平精度：10米RMS（SA off） 1—3米（差分定位）RMS

高度定位：±2.5M（校准情况下）

动态性能：速度515m/s，加速度6g，加加速度60m/s3

速度精度：0.05m/s

接 口：NMEA0183，RTCM104标准语句，RS232标准接口

天 线：内置天线

电 源：

电 源：2节1.5VAA电池

电池寿命：16小时（标准模式）22小时（省电模式）

物理指标：

尺 寸：11.2×5.1×3.0cm

重 量：150g（含电池）

温 度：-15℃—70℃

防水性能：IPX7（水下1米，30分钟不进水）

可选配件：

车用感应天线：感应式天线，无外接天线接口手持机专用。

数据线：标准串口数据线，可与计算机等终端设备连接上下载各种数据。

安装支架：车用固定安装支架，小巧坚固，转向灵活。

MapSource光盘：GARMKIN系列产品专用数据传输、编辑、成图软件。

实用问题:

内置天线,接收信号较弱.内置海拔表和gps的高度定位,可以比较准确的确定高度和海拔的变化.

参考价格:这里的报价是指在北京市场上可以拿的价格.

市场价格:5400

折扣价格:4800

eTrex Legend（传奇）中文手持机

功能简介：

高分辨显示： 是以往GPS接收机分辨率的2倍以上，达到160×288，4级灰度。

面积计算： 真正可测多种面积，并且方法多样，如10个航迹测面积、20个航线测面积

智能查找： 可智能化查找航路点、兴趣点、喜爱点等多种信息

超大内存： 16M内存

超大的数据库：外出工作、旅行所需的数据应有尽有

人性化设计： 人性化制定自己的界面让GPS更贴近你的工作、生活

地图功能： 内置全国地图，预装城市祥图，并实现行业GIS兼容

PDA功能： 可根据您的需要，在日历中记录重要事件

特点：

●　图量丰富的

●　中文输入查找

●　16M超大内存

●　精确面积计算

●　详细中文地图

● 人性化设计

eTrex Legend（中文）技术指标

导航特性：

航 点：1000个可中文命名并智能查找的航点

航 迹：10条可自动生成的航迹，自动求面积

航 线：20条航线（每条航线50个航点）及其所围的面积

内 存：16M

接收特性：

接 收 机：并行12通道，可以差分

定位时间（大约）：15秒（热启动）45秒（冷启动）2分钟（首次自动定位）

更 新 率：1次/秒，连续

GPS精度：<10米（单机定位）

DGPS精度：1—3米（差分定位）

速度精度：0.05米/秒，稳定状态

动态性能：速度514m/s 加速度6g 加加速度60m/s3

数据接口：NMEA0183

RTCM104（用于DGPS修正）

标准RS—232接口

天 线：内置天线

电 源：

输 入：两节1.5VAA电池

电池寿命：18小时（省电模式）

物理指标：

尺 寸：112mm×51mm×31mm

重 量：150克（含电池）

温 度：-15℃—70℃

防水性能：IPX7（水下1米，30分钟不进水）

可选配件：

车用感应式天线：感应式天线，无外接天线接口手持机专用。

数 据 线：标准串口数据线，可与计算机等终端设备连接上下载各种数据。

安装支架：车用固定安装支架，小巧坚固，转向灵活。

MapSource光盘：GARMIN系列产品专用数据传输、编辑、成图软件。

实用问题:

内置天线,接收信号较弱.内置地图是北京灵图公司的数字地图,精度不高,主要是全国几大城市的地图,对野外的实用用处不大,而且附件的价格较高,性价比不好.

参考价格:这里的报价是指在北京市场上可以拿的价格.

市场价格:6500