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三、用戶部分

用戶部分由用戶及GPS接收機(jī)等儀器設(shè)備組成。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。

1.GPS接收機(jī)

能接收、處理、量測(cè)GPS衛(wèi)星信號(hào)以進(jìn)行導(dǎo)航、定位、定軌、授時(shí)等項(xiàng)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(hào)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(cè)量型接收機(jī)、授時(shí)型接收機(jī)等。按接收的衛(wèi)星信號(hào)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(hào)中的能量轉(zhuǎn)換為電流的一種裝置。由于衛(wèi)星信號(hào)十分微弱,因而產(chǎn)生的電流通常需通過(guò)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(jiǎn)單、堅(jiān)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(duì)中時(shí)是以其幾何中心(位于天線縱軸的中心線)為準(zhǔn)的,而測(cè)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。

(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(cè)量所測(cè)得的位置并非標(biāo)石中心的位置。解決上述問(wèn)題一般有下列方法:

①歸心改正法。

②消去法。

(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(wú)明顯標(biāo)志,所以有的接收機(jī)要求用戶量測(cè)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(jì)算天線高:H=H′+ΔH

另有一些接收機(jī)沒(méi)有配備量測(cè)垂直距離H′的專用設(shè)備,往往要求用戶量測(cè)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(jì)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。上述計(jì)算工作一般均由廠方提供的軟件自動(dòng)完成,用戶只需按要求量測(cè)并輸入H′或h即可。

3.接收單元

接收單元由接收通道、存儲(chǔ)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(lái)跟蹤、處理、量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)的部件,由無(wú)線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成,簡(jiǎn)稱通道。一個(gè)通道在一個(gè)時(shí)刻只能跟蹤一個(gè)衛(wèi)星某一頻率的信號(hào)。

(2)存儲(chǔ)器

早期的GPS接收機(jī)曾采用盒式磁帶來(lái)記錄偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值及衛(wèi)星的導(dǎo)航電文等資料和數(shù)據(jù)(如WM101接收機(jī)等),現(xiàn)在大多采用機(jī)內(nèi)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)這些資料和數(shù)據(jù)。

(3)微處理器

(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

GPS接收機(jī)一般采用由接收機(jī)生產(chǎn)廠商配備的專用電池作為電源。