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用戶部分由用戶及 GPS 接收機(jī)等儀器設(shè)備組成。雖然用戶設(shè)備的含義較廣, 除 GPS 接收機(jī)外還可包括氣象儀器、微機(jī)、鋼卷尺、指南針等, 本文主要介紹 GPS 接收機(jī)。

1. GPS 接收機(jī)

能接收、處理、量測 GPS 衛(wèi)星信號以進(jìn)行導(dǎo)航、定位、定軌、授時等項工作的儀器設(shè)備叫GPS 接收機(jī)。GPS 接收機(jī)由帶前置放大器的接收天線、信號處理設(shè)備、輸入輸出設(shè)備、電源和微處理器等部件組成。根據(jù)用途的不同, GPS 接收機(jī)可分為導(dǎo)航型接收機(jī)、測量型接收機(jī)、授時型接收機(jī)等。按接收的衛(wèi)星信號頻率數(shù)可分為單頻接收機(jī)和雙頻接收機(jī)。

2. 天線單元

天線單元由天線和前置放大器組成。接收天線是把衛(wèi)星發(fā)射的電磁波信號中的能量轉(zhuǎn)換為電流的一種裝置。由于衛(wèi)星信號十分微弱, 因而產(chǎn)生的電流通常需通過前置放大器放大后才進(jìn)入 GPS 接收機(jī)。GPS 接收天線可采用單極天線、微帶天線、錐形天線等。微帶天線的結(jié)構(gòu)簡單、堅固, 既可用于單頻, 也可用于雙頻, 天線的高度很低, 故被廣泛采用。這種天線也是安裝在飛機(jī)上的理想天線。

( 1 ) 天線平均相位中心的偏差

天線對中時是以其幾何中心( 位于天線縱軸的中心線) 為準(zhǔn)的, 而測量的卻是平均相位中心的位置。由于天線結(jié)構(gòu)方面的原因, 平均相位中心和幾何中心往往不重合, 兩者之差稱為平均相位中心偏差, 其值由生產(chǎn)廠商給出。

天線平均相位中心的偏差

例如對 Turbo Rogue SNR 8000 GPS 接收機(jī)天線來講：

L1 載波的平均相位中心偏差值為:

r 1 = 2. 236mm, θ1 = 100. 305°

L2 載波的平均相位中心偏差值則為:

r2 = 1. 552mm, θ2 = 75. 069°

式中: r 為偏心距; θ為偏心角。

( 2 ) 消除天線平均相位中心偏差的影響

由于天線平均相位中心偏差的存在, 所以 GPS 測量所測得的位置并非標(biāo)石中心的位置。解決上述問題一般有下列方法:

① 歸心改正法。進(jìn)行 GPS 測量時若將天線指標(biāo)線指北, 則有

當(dāng)基線兩端使用不同類型的 GPS 接收機(jī)天線時, 可用上述方法分別進(jìn)行改正, 將成果歸算至標(biāo)石中心。

② 消去法。進(jìn)行 GPS 測量時, 若各站均已將指標(biāo)線指北, 且各站使用的均是同一類型的GPS 接收天線, 由于目前的制造工藝已能保證同類天線的平均相位中心偏差均相同, 因而在進(jìn)行相對定位時這些偏差的影響可自行消去, 而不會影響基線向量, 故無需另加改正。

( 3 ) 天線高

如下圖所示

天線平均相位中心至標(biāo)石中心的垂直距離 H 稱為天線高。由于天線平均相位中心并無明顯標(biāo)志, 所以有的接收機(jī)要求用戶量測從標(biāo)石中心至某一明顯標(biāo)志面( 如天線抑徑板下底面) 的垂直距離 H′, 而從該標(biāo)志面至天線平均相位中心的垂直距離 ΔH 則由廠方提供。然后用下式計算天線高:

H = H′+ ΔH

另有一些接收機(jī)沒有配備量測垂直距離 H′的專用設(shè)備, 往往要求用戶量測從標(biāo)石中心至抑徑板外圍下( 或上, 由廠方規(guī)定) 邊緣的斜距 h, 然后按下式計算天線高:

式中, R 為抑徑板的半徑, 由生產(chǎn)廠商提供或用戶自行量取。

計算工作一般由廠方提供的軟件自動完成, 用戶只需按要求量并輸入 H′或 h 即可。

3. 接收單元

接收單元由接收通道、存儲器、微處理器、輸入輸出設(shè)備及電源等部件組成。

( 1 ) 接收通道

接收機(jī)中用來跟蹤、處理、量測衛(wèi)星信號的部件, 由無線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成, 簡稱通道。

( 2 ) 存儲器

帶來記錄偽距觀測值、載波相位觀測值及衛(wèi)星的導(dǎo)航電文等資料和數(shù)據(jù)。

( 3 ) 微處理器

作用主要有兩個:① 計算觀測瞬間用戶的三維坐標(biāo)、三維運(yùn)動速度、接收機(jī)鐘改正數(shù)以及其他一些導(dǎo)航信息。② 對接收機(jī)內(nèi)的各個部分進(jìn)行管理、控制及自檢核。

( 4 ) 輸入、輸出設(shè)備

GPS 接收機(jī)中的輸入設(shè)備大多采用鍵盤。輸出設(shè)備大多為顯示屏。

( 5 ) 電源

一般采用廠商配備的專用電池作為電源。