GPS天线原理是什么？

随着科学的发展，GPS天线应用越来越广泛，GPS天线的作用是将卫星来的无线电信号的电磁波能量变换成接收机电子器件可摄取应用的电流，GPS天线的大小和形状十分重要，因为这些特征影响天线能接收微弱的GPS信号的能力。但这些都要按照GPS天线的原理来设计，下面就让我们来学习一下GPS天线原理。

1.GPS天线简介

GPS就是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的终端。而接受信号就需要用到天线。GPS天线分为内置天线和外置天线。早期GPS手持机多采用外翻式天线，此时天线与整机内部基本隔离，EMI几乎不对其造成影响，收星效果很好。GPS天线有增益、驻波、噪声系数、轴比四个重要参数。绝大部分GPS天线为右旋极化陶瓷介质，其组成部分为陶瓷天线、低噪音信号?？?、线缆、接头。

2.GPS天线构造

GPS主要由三部分组成，包括GPS卫星星座、地面监控系统以及GPS信号接收机。

空间部分——GPS卫星星座。目前共有32颗卫星分布于6个轨道面，高度约为20183公里。轨道高，信号差、飞得慢、误差大，但是单星覆盖广、寿命长、所需卫星少。轨道低，信号好、飞得快、误差小，但是单星覆盖小、寿命短、所需卫星多。从理论上可以确保地面上任意时间任意地点至少收到4颗卫星信号。

地面控制部分——地面监控系统。地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：追踪及预测GPS卫星轨道，控制GPS卫星状态及轨道偏差。

用户设备部分——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，甚至三维速度和时间。GPS信号接收机的核心部件是GPS芯片，GPS芯片可以集成在手机中、专业GPS导航设备中。

3.GPS天线原理

在GPS天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱GPS天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响;在GPS天线原理中利用GPS卫星实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间(PVT)等导航信息。信号载波处于L波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。卫星信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即：

　　fL1=154×f0=1575.42MHz (1)

　　其波长λ1=475.75px;信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即：

　　fL2=120×f0=1227.60MHz (2)

　　其波长λ2=610.5px。

两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码(PRN)即测距码主要有精测距码(P码)和粗测距码(C/A码)两种。其中P码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，又叫导航电文或D码，它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历;总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。

4、GPS天线选购及GPS安装注意事项

针对不同的应用领域，应该选择不同类型的GPS天线，对一般的GPS用户应该考虑一下因素。一方面考虑天线类型，既是考虑所选择的天线是否满足系统设计中电波覆盖的要求，从全向和定向天线等天线中选择所需要的天线。另一方面考虑天线的电气性能，选择天线电气性能的要求是：选择天线的频率带宽、增益、额定功率等电气指标是否符合系统设计要求。

安装时，GPS天线安装位置应尽量避开山坡、树林、高层建筑物、铁塔、高压输电线等以防阻挡。天线主波束方向上应有足够的视界，天线正前方应有尽可能宽的视角。一般要求以天线基点为参考，对障碍物最高点所成的夹角小于10度。GPS天线的架设位置应避开风口，以减小天线的风载。在多雷雨地区，天线的架设位置应避开雷击多发地点，天线头应放在架有避雷针避雷范围内。