GPS天線的簡介解析

1、GPS天線的簡介tTOPGPS 天線就是指通過接受衛(wèi)星信號，從而進行定位或者導航所用到的天線GPS 衛(wèi)星信號為 L1 和 L2,頻率分別為 1575.42MHz 和 1228MHz,當中的 L1 為開放的民用信號，信號為圓形極化信號一般在 166-DBM 左右，屬于弱信號.GPS天線的分類十TOP1.從極化方式上 GPS 天線分為垂直極化和圓形極化.以現(xiàn)在的技術，垂直極化的效果比不上圓形極化.因此除了特殊情況,GPS 天線都會采用圓形極化.2從放置方式上 GPS 天線分為內(nèi)置天線和外置天線 .天線的裝配位置也是十分重要 .早期 GPS 手持機多采用外翻式天線，此時天線與整機 內(nèi)部基本隔離，EM

2、I 幾乎不對其造成影響，收星效果很好.現(xiàn)在隨著小型化潮流，GPS 天線多采 用內(nèi)置.此時天線必須在所有金屬器件上方，殼內(nèi)須電鍍并良好接地，遠離 EMI 干擾源，比如 CPU SDRAM SD卡、晶振、DC/DC車載 GPS 的應用會越來越普遍.而汽車的外殼，特別是汽車防爆膜會 GPS 信號產(chǎn)生嚴 重的阻礙一個帶磁鐵（能吸附到車頂）的外接天線對于車載 GPS 來說是非常有必要的.GPS天線的構造tTOP目前絕大部分 GPS 天線為右旋極化陶瓷介質(zhì)，其組成部分為：陶瓷天線、低噪音信號 模塊、線纜、接頭.其中陶瓷天線也叫無源天線、介質(zhì)天線、PATCH 它是 GPS 天線的核心技術所在.一個GPS 天

3、線的信號接受能力，大部分取決與其陶瓷部分的成分配料如何.低噪聲信號模塊也稱為 LNA,是將信號進行放大和濾波的部分 .其元器件選擇也很重 要,否則會加大 GPSB號的反射損耗，以及造成噪音過大.線纜的選擇也要以降低反射為標準，保證阻抗的匹配.影響GPS天線的主要因素+ TOP影響 GPS 天線性能的主要是以下幾個方面1、 陶瓷片：陶瓷粉末的好壞以及燒結(jié)工藝直接影響它的性能.現(xiàn)市面使用的 陶瓷片主要是 25X25、18X18、15X15、12X12陶瓷片面積越大，介電常數(shù)越大，其共振頻率越高，接受效果越好陶瓷片大多是正方形設計，是為了保證在 XY 方向上共振基本一致，從而達到 均勻收星的效果2、

4、 銀層:陶瓷天線表面銀層可以影響天線共振頻率理想的 GPS 陶瓷片頻點準確落在1575.42MHz,但天線頻點非常容易受到周邊環(huán)境影響，特別是裝配在整機內(nèi)，必須通過調(diào)整銀面涂層外形，來調(diào)節(jié)頻點重新保持在 1575.42MHz.因此 GPS 整機廠家在采購天線時一定要配 合天線廠家，提供整機樣品進行測試3、 饋點：陶瓷天線通過饋點收集共振信號并發(fā)送至后端由于天線阻抗匹配的原因，饋點一般不是在天線的正中央，而是在 XY 方向上做微小調(diào)整.這樣的阻抗匹配方法簡單而且 沒有增加成本僅在單軸方向上移動稱為單偏天線，在兩軸均做移動稱為雙偏4、 放大電路：承載陶瓷天線的 PCB 形狀及面積由于 GPS 有觸

5、地反彈的特性,當背景 是 7cmX7cm 無間斷大地時,PATC 吠線的效能可以發(fā)揮到極致雖然受外觀結(jié)構等因素制約,但盡量保持相當?shù)拿娣e且形狀均勻放大電路增益的選擇必須配合后端LNA 增益.Sirf 的GSC3F 要求信號輸入前總增益不得超過29dB,否則信號過飽和會產(chǎn)生自激GPS 天線有四個重要參數(shù)：增益(Gain)、 駐波(VSWR)噪聲系數(shù)(Noise figure)、 軸 比(Axial ratio).其中特別強調(diào)軸比，它是衡量整機對不同方向的信號增益差異性的重要指標由于衛(wèi)星是隨機分布在半球天空上，所以保證天線在各個方向均有相近的敏感度是非常 重要的軸比受到天線性能、外觀結(jié)構、整機內(nèi)部

6、電路及EMI 等影響兩種內(nèi)置GPS天線的簡介+ TOP平板式天線(PATCH Antenna)平板式天線由于其耐用性和相對地容易制作，所以成了應用最為普遍的一類天線其形狀可以是圓的也可以方的或長方的，如同一塊敷銅的印刷 電路板它由一個或多個金屬片構成，所以 GPS 天線最常用的形狀是塊狀結(jié)，像個燒餅由于天線可以做得很小，因此適合于航空應用和個人手持應用天線的另一個主要特性，是其的增益圖形，即方向性利用天線的方向性可以提高其抗干擾和抗多徑效應能力在精確定位中，天線的相位中心的穩(wěn)定性是個很重要的指標但是,普通的導航應用中，人們希望用全向天線，至少能接收天線地平以上五度視野內(nèi)所有天空中 的可見衛(wèi)星信

7、號，但是平板式天線在衛(wèi)星于天線正上方時，訊號增益才是最大平板的接收范圍在平板上方，平板要面向天空，這對于手持以及車載都會帶來麻煩，我們可以看到可調(diào)角度的 CF 接收器越來越多(可折疊的 SDGPS 麗臺 9551),就是因為平板式天線這種特性使得廠家 為了接收器有更好的收訊效果才想出來的招四臂螺旋式天線(Quadrifilar Helix Antenna )四臂螺旋式天線由四條特定彎曲的金屬線條所組成不需要任何接地它具備有Zapper 天線的特性，也具備有垂直天線的特性此種巧妙的結(jié)構，使天線任何方向都有 3dB 的 增益，增加了衛(wèi)星訊號接收的時間四臂螺旋式天線擁有全面向360 度的接收能力，因

8、此在與pda 結(jié)合時，無論 PDA 的擺放位置如何，四臂螺旋式天線皆能接收，有別于使用平板 GPS 天線 需要平放才能較好的接收的限制使用此種天線，當衛(wèi)星出現(xiàn)于地平面上 10 度時,即可收到衛(wèi)星所傳送的訊號但是如果地面接收站附近干擾源較多，則不適用四臂螺旋式天線，因為四臂螺旋式天線具備有水平方向的增益，會將噪聲一起放大，反而干擾了衛(wèi)星訊號的接收 但是科技在進步，現(xiàn)在所生產(chǎn)的四臂螺旋式天線能突破多項傳統(tǒng)天線的限制天線是以陶瓷制成，Near-Field 極小，約僅有 35mm 而有些傳統(tǒng)天線的 Near-Field 甚至高達Im.Near-Field 愈小,則使用者手持 GPS 裝置時，人體愈不會

9、造成干擾.現(xiàn)在的四臂螺旋式天 線的特點還包括完整的巴倫電路（Balun）設計，此設計能隔離天線周邊的噪聲 ,因此能容許各種功能的天線并存于極小的空間中而不會互相干擾.對于整合功能日趨多元，且強調(diào)輕薄短小的手持式電子產(chǎn)品而言，此特性的重要性不可言喻.手機設計GPS天線需要注意事項fTOP在設計 GPS 天線的時候，以下幾個地方是需要注意的1 供應商應該做的流程客戶立項-機構評估（根據(jù)案子的機構圖，進行評估機構是否為GPS 天線的合格工作環(huán)境）-調(diào)試（根據(jù)案子的機器，確認定位時間與 CN 值）-提供樣品（根據(jù)調(diào)試結(jié)果，提 供樣品）-送承認書-量產(chǎn)2 設計人員需要考慮的事項1）2D 圖檔包括整個 P

10、CB 外觀尺寸，屏蔽蓋的范圍及厚度，有無 cONiector,出線位置與方向，PATCH 位置與大小，PCB 板厚2）有源天線的單/雙極 LNA（般情況都是單極）3）要不要加 filter，filter在前面，中間，還是在后面（根據(jù)我們經(jīng)驗，一般情況會加一個 SAW FILTER）4）cable 的線長，線徑及使用什么 接頭5）switch 是電子式還是機構式6）電型規(guī)格工作電壓（3-5V），工作電流（6-12mA），增益（17db，一般模塊要求范圍在 13-25db，一般會有 2-3 個 db 的偏差），駐波比（我們一般做到最大 2,不知道市場上是什么樣），匹配電阻 （50歐姆，定值）,噪聲

11、指數(shù)（2.0,實際上可以做到更?。?頻率（1575.42MHZ,GPS 的標準頻率，定值）,頻寬（10mhz）GPS天線模塊的性能考量和選擇tTOPGPS 乍為一種新興產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)漸漸從一種集成產(chǎn)品發(fā)展成為綜合系統(tǒng)解決方案的一部分.現(xiàn)有的原始設備制造商（OEM）可以選擇單一的部分來實現(xiàn)系統(tǒng)集成，可以選擇 GPS 芯片組、GPS 莫塊或者智能天線模塊.每種發(fā)難都自己的利弊，在 OEM 選擇之前需要對整個系統(tǒng)進 行做一個整體的評估工作.以下提供了智能天線方案的選擇思路，并且討論了片狀天線和螺 旋天線的性能對比以及影響智能天線模塊在終端產(chǎn)品中的嵌入應用的因素近年來,GPS 已從一種集成產(chǎn)品發(fā)展成綜合系

12、統(tǒng)解決方案的一部分.這種轉(zhuǎn)變的動因是 GPS 的小型化進程和對降低成本的追求 .高度集成的信號混合芯片完成RF 前端功能，整個系統(tǒng)由包括 GPS 硬件、強大的處理內(nèi)核、嵌入式存儲器的芯片以及小型電子元件構成，這些使得 GPS 小型化成為可能.OEM 可以選擇用 GPS 芯片組、GPS 莫塊或智能天線模塊來實現(xiàn)系統(tǒng) 集成.每種方案都有各自的利弊：基于芯片組的設計能提供高度的靈活性，但同時設計需要投入大量精力，并要求設計工程師掌握豐富的RF 知識;而智能天線模塊是快速系統(tǒng)集成的正確選擇,在快速系統(tǒng)集成應用中,基于這種充分設計的 GPS 子系統(tǒng),集成只需要最短的開發(fā)時間、最低的開發(fā)成本以及最小的開發(fā)

13、風險在開始批量生產(chǎn)的時候，采用智能天線模塊會顯著簡化物料采購儲備工作和產(chǎn)品的測試流程生產(chǎn)考慮城貝進度 內(nèi)部的扶術能力 頊目預算圖1:GPS 系統(tǒng)需求分析.目前,市場上價格適中的 GPS 接收機種類豐富,可滿足 OEM 勺不同需求.GPS 生產(chǎn)商提 供不同性能和不同系統(tǒng)集成等級的產(chǎn)品即使現(xiàn)在的 GPS 接收機看起來可以用于簡單直接的系統(tǒng)集成，然而由于市場上存在大量可供選擇的產(chǎn)品，使得 OEMT商仍然很難做出最恰當?shù)倪x擇因此,建議 OEMT商在做出選擇之前先確定GPS 接收機需要滿足的要求，包括技術和非技術因素，如圖 1 中所示系統(tǒng)的技術或非技術性要求技術性要求包括特性（如節(jié)能模式和支持 SBAS

14、）、易用性（特別是易配置性）和既要定 性也要定量的性能標準.定量指標指可測參數(shù),如準確度、啟動性能、跟蹤靈敏度和功耗，定性指標包括由外場測試獲得的可預期定位結(jié)果.有些 GPS 接收機在實驗室里測得的技術指標可能很好，但很可能外場測試就不行.外場測試暴露出技術特性上的弱點或缺陷.不管 GPS 接收機技術怎樣發(fā)展，都仍會存在由于某種權衡造成的性能上的折衷.對智能天線模塊來說，片狀天線（PATCH antenna）及其地面層的小型化是以犧牲靈敏度為代價的.對低功耗的追求帶來了另一種性能折衷：功耗的降低可以通過縮減硬件架構得以實現(xiàn)，例如減少通道數(shù)和時/頻搜索窗口，但同時啟動性能便會打折扣.工程師往往側(cè)

15、重于關心技術性要求而忽視非技術性要求的重要性.有限的項目周期、預算和可利用的內(nèi)部研發(fā)資源都會對產(chǎn)品設計產(chǎn)生影響.工程師需要謹慎地決定系統(tǒng)集成等級,這一等級最好被視為衡量自己研發(fā)工作技術深度的標尺.所選的系統(tǒng)集成等級會影響項目復雜度、進度、成本、產(chǎn)品和物料采備.在評估 GPS 接收機時，成本因素扮演了重要角色.對產(chǎn)品批量小的項目來說，最初的開發(fā)成本在整個產(chǎn)品成本中占據(jù)了最大的一部分，必須著重考慮.對產(chǎn)品批量大的項目來說，開發(fā)成本對項目本身的影響可以忽略，為了優(yōu)化產(chǎn)品成本需要在研發(fā)過程中投入充足的時間和資源.元件采購瞪昭定性52RD.comGPS 廠商間的激烈競爭造成 GPS品的低價，工程師和采購

16、經(jīng)理很容易被價格因素吸引而選擇最便宜的那種.請注意，單純地只關心產(chǎn)品成本而忽視其它要求很可能會導致令人失望的結(jié)果，例如項目延期和出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷 性能差、質(zhì)量達不到預期要求以及讓用戶不 滿意,都是 GPS 嵌入式產(chǎn)品最不希望見到的在項目進行的初期階段就必須確定系統(tǒng)集成等級 選定的系統(tǒng)集成等級類似于在設計復雜度和有限的周期、 衡基于 GPS 芯片組設計可以提供最大的靈活性和產(chǎn)品優(yōu)化基于芯片組的設計需要開發(fā)工程師具備 RF 設計方面的豐富技巧和經(jīng)驗，以完成產(chǎn)品開發(fā)并提供全面徹底的配套產(chǎn)品 測試系統(tǒng)基于芯片組的產(chǎn)品設計開發(fā)周期通常超過一年，成本較高，同時技術風險不容忽視一般會進行三次或以上的產(chǎn)品原型

17、測試，產(chǎn)品方可定型，在開發(fā)過程中強烈建議與 GPST商緊密合作總之，高昂的設計費用、較大風險和復雜的物料來源（20-40 個來自不同半導體公司的元件），使得這種方式僅適用于有大規(guī)模應用潛力的產(chǎn)品GPS 模塊可以作為芯片組的替代選擇模塊包含完整的 GPS 功能，允許開發(fā)工程師進行快速系統(tǒng)集成，而無需面對在開發(fā)過程中RF 和 GPS 設計缺陷的麻煩開發(fā)工程師只需要具備基本的 RF 知識，指定天線類型并將天線設計到模塊的鏈路上.模塊采用表面貼裝焊盤，可適用于自動貼裝和焊接流水線，因而對于中等和大批量生產(chǎn)項目來說是一種很有吸引力的選擇從備料角度來看，使用模塊比采購數(shù)量眾多的元件更為容易，同時，由于供應

18、商已經(jīng)對GPS 模塊做過全面測試，因此只需要進行相對簡單的產(chǎn)品測試圖 2：系統(tǒng)集成等級GPS 接收板本身帶專用 RF 和 I/O 接頭，體積雖然大于 GPS 模塊，但卻進一步簡化了系 統(tǒng)集成工作使用過程中除了選擇一款帶合適連接 電纜和接頭的有源 GPS 天線外，不需要做 其它與 RF相關的設計工作.當易用性和劃算的產(chǎn)品可靠性是重點考慮的因素時，插入式接收 板是最佳的選擇方案當能否迅速完成產(chǎn)品定型或迅速將產(chǎn)品投放市場成為產(chǎn)品成功與否的決定因素時，GPS 智能天線模塊是最佳的選擇智能天線模塊包含完整的 GPS 接收機，帶內(nèi)置天線智能 天線模塊有兩種應用形式：一種是 OEM 智能天線模塊，用于終端集

19、成，另一種是將智能天線封 裝到某個組件中.設計中選擇使用智能天線模塊由于具有系統(tǒng)集成快速和風險低的特點，在要求實現(xiàn)迅速產(chǎn)品定型、小批量生產(chǎn)和對,它會影響對 OEMGPS 接收機的選擇技巧和可用資源之間進行的一種權低髙謨計靈活愷*用戶第磁的工作矗 產(chǎn)品無小比程度 計劃的產(chǎn)品抿量高開發(fā)咸年.項目風睹-耳成設計的時間.上市阿槪-GPS接收器板GPgEHHBIGPSifiGPSffi進入市場時間要求嚴格的應用場合，GPS 智能天線模塊是最適當?shù)倪x擇 即使智能天線模塊包含了完全獨立的 GPS 功能,在使用過程中仍有一些設計工作有待進行,包括天線類型(片狀天線或螺旋天線)的選擇和將智能天線模塊嵌入到終端產(chǎn)

20、品中去大多數(shù)智能天線模塊不是采用陶瓷片狀天線就是螺旋天線片狀天線具有方向性，在輻射元的正交面上有最大增益換句話說,水平面上的輻射元對從天穹頂點發(fā)來的信號具有最大增益.當水平面上接收仰角范圍很窄的時候，對這種高度中心式的靈敏性會造成較大影響.片狀天線適合用于主要朝向上方的終端產(chǎn)品中，例如用在車載導航中，靠著擋風玻璃安裝在排氣罩上另外，由輻射元尺寸和它下方輻射經(jīng)過的接地面尺寸共同決定的天線孔徑(antenna aperture)大小，也會影響信號接收靈敏性 .螺旋天線有相對較寬的方向特性：具有更寬的接收仰角，但峰值增益也相對較低.螺旋天線適合用于各個方向都要求能自由使用的終端產(chǎn)品中，如移動手持設備

21、.由于靠近人體時會干擾信號接收，在這種情況下使用螺旋天線造成的影響也相對較小，因而在距離人體組織或遠或近的位置、在各個方向手持終端產(chǎn)品時都能實現(xiàn)GPS 接收.不過螺旋天線也存在一個缺點：天線孔徑小，限制了整體的接收靈敏度.下面列出的幾點影響智能天線模塊在終端產(chǎn)品中嵌入應用的因素：1. 在選擇智能天線模塊前應了解終端產(chǎn)品的主要定位方向和使用方式：例如，電子設備是被放置在平面上工作還是被拿在手里、與水平面呈一定傾角貼近人體頭部使用2. 天線集成的位置不能靠近噪聲源，如內(nèi)部處理器和發(fā)光 LCD 顯示屏.3. 終端產(chǎn)品的外殼材料對天線性能有影響.外殼或屏蔽層材料的介電常數(shù)、厚度以及到天線表面的間距都會

22、影響片狀天線的諧振頻率.因此，良好設計的 OEM 智能天線模塊都按照廠商規(guī)范使用封裝外殼，已經(jīng)對偏移諧振頻率進行了歸零校準.封裝式智能天線圭寸裝式智能天線是 OEM 智能天線模塊的一種替代選擇.在要求嵌入 GPS 的產(chǎn)品不做硬 件改動的情況下，選擇圭寸裝式智能天線有一定優(yōu)勢.圭寸裝式智能天線有兩種：分立式智能天線和密耦合智能天線.分立式智能天線可以放在有較好天空視野的位置上，例如 GPS 鼠(GPSmice).它們之間通過 RS-232、USB 或藍牙進行通信,由主機(例如通過 USB 電源線)或充電電 池供電.密耦合智能天線可直接插入終端產(chǎn)品中去，例如通過 CF 插槽(Compact FLA

23、SH slot).封裝式智能天線是在像便攜PC 和 PDA 這樣的標準便攜硬件平臺上運行的系統(tǒng)解決方案的理想選擇.本文結(jié)論在集成設計工作中使用經(jīng)過良好設計的智能天線，可以提供與使用 GPS 模塊和芯片組同樣高的性能等級.在日本，新宿是路測環(huán)境最苛刻的城市之一.市內(nèi)道路兩側(cè)高樓林立，天空視野有限，對接收機的多徑抑制能力提出了嚴格考驗智能天線模塊內(nèi)含 16 通道ANTARIS 定位技術,在如此惡劣的定位環(huán)境下仍能提供出色性能當要求快速實現(xiàn)終端產(chǎn)品的設計，要求降低開發(fā)成本或者內(nèi)部研發(fā)資源有限的時候，智能天線模塊是切實可行的選擇方案經(jīng)過仔細挑選的智能天線模塊可以提供與傳統(tǒng)GPS 芯片組和模塊集成相比擬

24、的性能 測試有源GPS天線的方法fTOPGPS 伴隨著全球定位系統(tǒng)的發(fā)展，漸漸被全球消費市場所采用，不僅僅在專業(yè)或商 業(yè)領域，如運輸車隊、科技探索、軍事跟蹤，而且還有許多消費類產(chǎn)品被普及到，比如手機和個人數(shù)據(jù)助理(PDA)設備上.實際上，車載 GPS 導航系統(tǒng)近幾年已經(jīng)成為美國、日本和歐洲市 場上中高端汽車的標準配備 隨著全球經(jīng)濟的帶動，中國國產(chǎn)的 GPS 相關產(chǎn)品也越來越 多，GOS 產(chǎn)品的應用在國內(nèi)也越來越普遍，相應人們在使用 GPS 時候產(chǎn)生的問題也與日俱增 根據(jù) MORLA 對 GPS 產(chǎn)品的檢查測試實驗經(jīng)驗，一部分 GP 漲收機的性能很不穩(wěn)定的原因是由 GPS 接收天線產(chǎn)生的所以對

25、GPS天線性能測試是必須而迫切的GPS 接收天線的作用是將衛(wèi)星傳來的無線電信號的電磁波能量變換成接收機電子器件可攝取應用的電流通常對于專用設備或車載設備而言，由于設備與 GPS 接收模塊 之前往往有一定距離，考慮到安裝的便利性則可能在現(xiàn)實環(huán)境中會使用超過1 米的潰線，但由于饋線對信號有不少的損耗，在這種情況下我們只能選擇有源GPS 天線所謂有源天線，是指天線中裝有 RF 前置放大器或低噪聲放大器的 GPS 天線本文所述的有源 GPS 天線測試可在 MORLAB 勺 OTA 天線測試實驗室中進行總體測試 架構類似于普通無源天線的測試環(huán)境，主要變化是需要增加一個 Antenna splitter，

26、把 DC 直 流信號隔離，使其不能輸入到 測試系統(tǒng)，但同時又能給 GPS 天線供電由于有源 GPS 天線內(nèi)含 單向放大器，GPS的工作形式又為純接收機方式 因此，在測試時需要對測試系統(tǒng)進行相關特 殊設置，使測試天線 探頭從原來的接收狀態(tài)改為發(fā)射狀態(tài)，GPS 天線接收信號后，經(jīng)射頻線再 傳給 VNA 作數(shù)據(jù)分析GPS 天線作為 GPS 設備中最重要的接收部件，它起到的作用就像是人的耳朵因此 GPS 天線的性能好壞將直接關系到GPS 整機的產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)過對有源 GPS 天線的測試，可以幫助廠家確認 GPS 天線其的中心頻率是否正確，驗正增益和方向性等性能指標是否達到設計要 求通過GPS 的 OTA

27、測試，將幫助 GPS 天線廠家及整機生產(chǎn)廠家改進 GPST品的接受性能，同 時也給 GPST品經(jīng)銷商提供了一種檢驗GPST品質(zhì)量的新途徑和新方法 GEE I WVlDf hJMptDfh4 4A.4Turfitebi*ConfrolTumtribteQme出UtilA PiccessJna AZUSB Inkli AUT .-1-1 r|1皆歹盼勺1 i-Jl-* RFiCoMUnt*11ProtL丁寸丄啊neff$ T1 UM| SimJMOtfTeMWGPS天線測試系統(tǒng)總體框圖GPS 天線測試現(xiàn)場某 GPS 天線樣品 1575.42MHz GPS 中心頻率增益下陷GPS 天線 3D 方向圖

28、基于GPS機的多天線分析設計tTQP0 引言全球定位系統(tǒng)（GLOBAL positioning system , 縮寫為 GPS）是美國國防部于 1973年 11 月授權開始研制的海陸空三軍共用的新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)GPS 由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶 接收機 3 部分組成.經(jīng)過 20 多年的研究和試驗，整個系統(tǒng)于 1994 年完全投入使用.在地球上任何位置、任何時刻，GPS 可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)的三維位置、三維速度和時間信息，實現(xiàn)全球、全天候的連續(xù)實時導航、定位和授時目前,GPS 已在大地測量、精密工程測量、地殼形變監(jiān)測、石油勘探等領域得 到廣泛應用利用 GPS 定位技術進行精密工程測

29、量和大地測量，平差后控制點的平面位置精度 為 1 mm2mm ,高程精度為 2 mm 3 mm .利用 GPS 定位技術進行變形監(jiān)測，是一種先進 的高科技監(jiān)測手段用GPS 監(jiān)測滑坡是 GPS 技術變形監(jiān)測的一種典型應用，通常有兩種方案：用幾臺 GPS 接收機，由人工定期到監(jiān)測點上觀測，對數(shù)據(jù)實施處理后進行變形分析 與預報；在監(jiān)測點上建立無人值守的GPS 觀測系統(tǒng)，通過軟件控制，實現(xiàn)實時監(jiān)測和變形分析、預報但由于每個監(jiān)測點上都需要安裝GPS 接收機，僅三峽庫區(qū)的支、干流上需要監(jiān)測的滑坡就有七八百個，一個滑坡少則幾個點，多則幾十個點，有的甚至多達 100 多點. 如此大范圍監(jiān)測，僅購買接收機就需幾

30、百萬元，致使監(jiān)測系統(tǒng)的費用非常昂貴基于上述問題，我們開發(fā)了 GPS 一機多天線控制器，使一臺 GPS 接收機能連接多 個天線這樣，每個監(jiān)測點上只安裝天線，不安裝接收機.10 個乃至 20 個監(jiān)測點共用 1 臺接收機，可使監(jiān)測系統(tǒng)的成本大幅度下降該系統(tǒng)樣機已在香港的山體滑坡監(jiān)測中進行了測試，定位精度為毫米級該研究成果還可應用到巖土工程監(jiān)測、建筑物變形監(jiān)測、大壩變 形監(jiān)測、大橋變形監(jiān)測等領域 1 系統(tǒng)組成GPS 一機多天線監(jiān)測系統(tǒng)原理如圖1 所示.該系統(tǒng)包括控制中心、數(shù)據(jù)通信、GPS多天線控制器和野外供電系統(tǒng)等4 部分.1.1控制中心T Y十圖1 GPS多天線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖控制中心可以對 GPS

31、多天線控制器微波開關各信號通道進行參數(shù)設定，包括各通 道的開/關選擇、各通道的時間參數(shù)設定等還可以設定系統(tǒng)的工作方式，例如對采集數(shù)據(jù)的 傳送方式（實時/事后）進行控制，并將由現(xiàn)場傳來的 GPS 原始數(shù)據(jù)，通過處理，實現(xiàn)精確 定位.整個控制軟件由 MicrosoftVisualC+語言編程，具有良好的 人機界面.1.2 數(shù)據(jù)通信根據(jù)實際使用情況的不同，可以有以下幾種數(shù)據(jù)傳送方式：a.利用電話線進行數(shù)據(jù)通信.由于有現(xiàn)成的電話線,只需購置相關的調(diào)制解調(diào)器即 可,成本較低,傳輸距離不受限制，實時性可以保證工作時，由于占用電話網(wǎng)，費用較高 有些場合可以考慮使用內(nèi)部小總機分機方式進行通信b .利用無線方式

32、進行數(shù)據(jù)通信，如利用現(xiàn)有的 GSM 信道.c .組網(wǎng)方式.構成局域網(wǎng),從而可以利用網(wǎng)上的相關資源進行數(shù)據(jù)通信 .這種方式 進行數(shù)據(jù)通信時，方便、可靠、通用性強，不需購置專用設備但組網(wǎng)成本較高，如果不是 具備現(xiàn)成的網(wǎng)絡條件,不太適宜采用數(shù)據(jù)傳送時,實時性可能難以保證.1.3 GPS 多天線控制器多天線控制器由計算機系統(tǒng)、天線開關 陣列和控制 電路組成，如圖 2 所示.鎖存器控制”+-II團2 GPS多天線控制器原理框圖GPS 多天線控制器由硬件和軟件兩部分組成它是無線電通信中的微波開關技術、計算機實時控制技術和大地測量數(shù)據(jù)處理理論及算法的有機結(jié)合，僅用 1 臺 GPS 接收機互不干擾地接收多個

33、GPS 天線傳輸來的信號通過軟件處理實現(xiàn)精確定位 系統(tǒng)硬件部分由若干 GPS 天線和具有若干通道的微波開關、相應的微波開關控制電 路及 1臺 GPS 接收機組成微波開關中若干信號通道的斷通狀態(tài)受開關控制電路實時控制 硬件部分要解決的關鍵技術問題是微波開關中各通道GPS 信號的高隔離度問題系統(tǒng)軟件分為兩部分：實時控制微波開關中各通道的斷通軟件；GPS 實時精確定位 和變形分析與預報軟件軟件部分要解決的關鍵技術問題是：實現(xiàn)實時精確定位，使定位精 度達到毫米級最新開發(fā)的 GPS 多天線控制器中，現(xiàn)場計算機采用嵌入式工業(yè)控制計算機，并將控制電路板、GPS 接收機(OEM )板集成在一起，配有 LCD

34、液晶顯示器(L ).其功能如下：a.可以對 GPS 的 OEM 板數(shù)據(jù)輸出速率從 4.8 kbit/s，9.6 kbit/s,19.2 kbit/s,38.4 kbit/s,115.2kbit/s中選用；b .可以將現(xiàn)場計算機采集到的GPS 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 RINEX 格式，并以間隔時間 0.5s,5 s,10min等進行傳送；c .測站名和當前 GPS 天線號轉(zhuǎn)換成的 RINEX 格式數(shù)據(jù)，以文件的形式存入硬盤, 實時地將數(shù)據(jù)傳送給控制中心.1.4 野外供電系統(tǒng)由于 GPS 多天線監(jiān)測系統(tǒng)工作在野外，需要長時間工作并且不能間斷，為此設計了如圖 3 所示的供電方案li亠PPIirs接收機限施電陽4PIN立 .扱笹IO