更新时间：2022-08-25 14:27
GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。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。
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。
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。
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
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。
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。
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
接收机工作原理分类
码相关型接收机
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。
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。
GPS用户部分的核心是GPS接收机。其主要由基带信号处理和导航解算两部分组成。其中基带信号处理部分主要包括对GPS卫星信号的二维搜索、捕获、跟踪、伪距计算、导航数据解码等工作；导航解算部分主要包括根据导航数据中的星历参数实时进行各可视卫星位置计算；根据导航数据中各误差参数进行星钟误差、相对论效应误差、地球自转影响、信号传输误差(主要包括电离层实时传输误差及对流层实时传输误差)等各种实时误差的计算，并将其从伪距中消除；根据上述结果进行接收机PVT的解算；对各精度因子(DOP)进行实时计算和监测以确定定位解的精度。
基带信号处理：在GPS卫星信号的搜索部分，介绍了不同启动形式下对信号搜索的不同策略；在信号捕获部分，着重介绍了两种GPS卫星信号的捕获方法，即通过快速傅立叶变换(FFT)进行二维捕获以及通过延迟相乘法进行二维捕获；在信号跟踪部分，分别介绍了采用非相干延迟锁定环作为伪码跟踪环以及采用科思塔斯环作为载波跟踪环对输入信号进行跟踪，对导航电文及各观测量进行提取；在导航数据解码部分，介绍了导航电文的解码和校验方法。
导航解算：这部分内容为本课题的主要研究工作，因此，也作为本文的重点按各功能模块的不同进行了较详细的介绍。在卫星实时位置求解部分主要介绍了导航解算中常用坐标系及其相互转换关系；GPS时间系统及广播星历的意义及用法；根据卫星广播星历数据计算当前时刻各可视卫星位置的方法。在主要误差源及消除算法部分着重介绍了卫星钟差、相对论效应误差的来源及消除方法；对因地球自转产生误差的改正；卫星信号实时传输误差即电离层延迟误差和对流层延迟误差的来源、各改正模型及性能比较。在接收机PVT解算部分分别介绍了根据卫星位置和消除各项误差后的伪距进行的接收机位置时间解算(在可视卫星数目大于4颗时采用最小二乘法求解)及对载体运动速度的两种解算方法。
根据接收机启动方式的不同，对GPS卫星信号的搜索范围也不尽相同。
在冷启动方式下，由于接收机无任何先验信息，所以需要复现天空中所有GPS卫星的码信号和载波信号，这也称为对卫星信号的盲捕。在这种条件下对GPS卫星信号进行搜索，所需时间最长。
在温启动方式下，接收机中存储了GPS卫星的历书数据和接收机的概略位置信息。卫星的历书可以看作是卫星星历参数的简化子集，其精密度比星历低，主要作用为预测卫星在某一时刻的概略位置，辅助对卫星信号的捕获。有了卫星的历书数据和接收机概略位置，就可计算出所有GPS卫星在任一时刻的概略位置和概略Doppler频移，减小了捕获卫星的难度。在这种条件下对GPS卫星信号进行搜索，地面接收机最多只需对11颗卫星进行搜索，大大减少了搜索时间。
在热启动方式下，GPS接收机中存储了GPS卫星最新的星历数据和接收机较精确的位置信息。此条件下对GPS卫星的搜索非常有针对性，能够很快捕获并跟踪当前各可视卫星信号，因此搜索卫星信号的时间最短。
GPS接收机位置解算即通过某一时刻天空中各可视卫星瞬时位置及相应的消除各项误差后的伪距来求解该时刻接收机在地球坐标系下的三维位置。这一部分是GPS接收机导航解算的核心部分。
在利用单点GPS接收机进行定位解算后，要对解算出的位置/时间解的精度加以分析和监测，以确定输出数据的置信程度。