一、GPS接收机的概况：
GPS接收机作为一种传感器，主要任务在于感应、测量GPS卫星相对于接收机本身的距离以及卫星信号的多普勒频移，并从卫星信号中解调出导航电文。
GPS接收机的内部结构按其工作流程的先后顺序，通常分为射频(RF)前端处理、基带数字信号处理(DSP)和定位导航运算三大功能模块。
射频前端处理模块通过天线接收所有可见GPS卫星的信号，经前置滤波器和前置放大器的滤波放大后，再与本机振荡器产生的正弦波本振信号进行混频而下变频成中频IF信号。射频前端的这些信号处理功能主要考虑到了以下两方面事实：一是电子器件更容易处理频率较低的信号；二是数字信号处理比模拟信号处理更具有优势。射频前端电子器件一般集成在一个专用集成电路芯片ASIC中，通常称之为射频集成电路RFIC。
基带数字信号处理模块通过处理射频前端所输出的数字中频信号，复制出与接收到的卫星信号相一致的本地载波和本地伪码信号，从而实现对GPS信号的捕获与跟踪，并且从中获得GPS伪距和载波相位等测量值以及解调出导航电文。
接收机通过载波跟踪环路(载波环)不断调整其内部所复制的载波，使复制载波频率(或相位)与数字中频信号中的载波频率(或相位)保持一致，然后经下变频混频实现载波剥离；接收机通过码跟踪环路(码环)不断调整其内部所复制的C/A码，使复制的C/A码的相位与数字中频信号中的C/A码相位保持一致，然后经过码相关运算实现C/A码剥离。
因为不同卫星信号的多普勒频移、C/A码序列及其相位等信号参量各不相同，所以接收机必须对各个卫星信号分别进行独立的跟踪与处理。接收机基带数字信号处理模块通常采用信号通道的形式，即每一通道各自处理、捕获、跟踪和测量一颗不同可见卫星的信号。
如图，射频前端输出的数字中频信号作为全部N个接收机信号通道的输入，然后各个通道各自输出其所跟踪的那颗卫星的GPS测量值和导航电文，而所有这些通道上的有效输出最后一并交给定位导航功能模块。
每个通道均包括硬件形式的数字信号处理和软件形式的信号跟踪环路控制两部分。考虑到硬件的工作特点，每一通道在进行载波解调和C/A码解扩时需要独占一定的乘法器、相关器和积分器等硬件资源，而不同通道所独占的硬件则可以同时进行高速运算；考虑到软件运行特点，所有信号通道可共享一个位于微处理器中的跟踪环路控制软件副本，即各个通道依次利用同一软件程序对其控制的硬件进行参数的读写、计算和调节，而它们各自又有一片内存空间来保存相应硬件的各种参量值。
按照对总量有限的数字信号处理硬件资源的不同分配策略，接收机可大致分为三类：1.序贯通道接收机：利用仅有的一条硬件通道逐一且依次地处理各个卫星信号；2.复用通道接收机：分时系统；每一通道占用硬件资源的时间有严格规定；3.并行通道接收机：每一个信号通道可以各自完全占用一条硬件通道。
接收机射频前端通常集成在一个ASIC芯片中，基带数字信号处理硬件又集成在另一个ASIC芯片中，而信号跟踪环路控制、定位导航运算以及用户界面与接口驱动等软件在同一个微处理芯片中运行，于是这种设计的接收机由三个芯片组成。若将微处理器嵌入到基带数字信号处理ASIC芯片中，则GPS接收机就成了二芯形式。
专用集成电路硬件的主要优点在于其强大、高速的运算能力，但是它没有可编程性，缺乏灵活度/软件接收机又称软件无线电技术，它是将基带数字信号处理模块全部以软件形式实现，从而最大程度地满足人们在研发GPS和GPS接收机的过程中对接收机灵活性的要求。在软件GPS接收机中，GPS输入信号经一个射频前端处理模块离散成数字中频信号后，数字中频信号不再由任何专用集成电路处理，而是被送到微处理器，让汇编、C/C++甚至是matlab等编程语言写成的包括基带数字信号处理、信号捕获与跟踪以及定位导航运算等功能的软件程序去执行、处理。
二、接收天线
1自由空间传播公式
GPS卫星通过其发射天线向外发射信号，而信号的发射和卫星上各种电子器件的运行等所需的电能，全部来自卫星上的太阳能板对太阳能的吸收与转化，其中过多的太阳能可积蓄在电池中，以供卫星运行到不处于太阳光照射的时段使用。目前，GPS卫星对调制有C/A码的L1载波信号的发射功率约为26.8W。
为了提高信号发射效率，卫星天线在设计上通常使其信号发射具有一定的指向功能，即原本散发到天线四周各个方向上的信号功率被集中起来朝向地球发射，而天线的这种指向性称为增益。
如图：
假如某一卫星信号（例如C/A码所在的L1载波信号）的发射功率为PT，卫星天线在某一方向上的增益为GT，那么在此方向上与该卫星S相距d的接收点R处，接收天线单位面积所拦截的卫星信号功率等于发射功率PT除以球面积4πd2在乘以增益GT，即：下式所示的单位面积上的接受功率通常也称功率流密度
同样，用来接收信号的接收天线经常也呈一定的指向性。若接收天线在某一方向上的有效接收面积为AR，则该接收天线的相应增益GR为：
在信号发射端，卫星发射天线的有效面积AT与其增益GT之间也遵从类似的关系，即：
天线越大，增益越高。对于同一个天线，如果载波信号的波长越短或者说频率越高，那么天线增益就越高。在点R处的接收天线所接收到的卫星信号功率PR为：【自由空间传播公式，又称富莱斯公式或者链接方程，表明了信号发射功率PT和接收功率PR之间的关系】
在工程计算中，上式通常等价地表达成以下用分贝为单位来表示的链路功率预算方程：
dB dBm dBW：dBm和W换算遵循一个基准两个原则：
2信噪比和载噪比
信号的质量通常用信噪比(SNR)来衡量，它定义为信号功率PR与噪声功率N之间的比率，即
SNR没有单位，通常表达成分贝的形式。信噪比越高，信号质量越好。
考虑到电路中带电粒子的热运动形成热噪声，我们通常将噪声功率N用一个大小相同的热噪声功率所对应的噪声温度T来等价地表示，它们两者间的关系为：
其中，N的单位为瓦特W，T的单位为开尔文K，Bn是以赫兹为单位的噪声带宽，玻尔兹曼常数k等于1.38*10^-23J/K。
载噪比C/N0，其大小与接收机所采用的噪声带宽Bn无关，这有利于不同接收机之间的性能对比。
其中，C/N0的单位为HZ(或dB*HZ)，以W/HZ(或dBW/HZ)为单位的N0等于N0=kT。
N0/2称为噪声频谱功率密度，因为噪声带宽Bn通常指代单边频谱带宽值，1/2用来表示单边。由于信号的正负双边频带总宽为2Bn。因而噪声功率N就等于N0/2乘以2Bn，即
信噪比与载噪比的关系：
载波L1上C/A码的接收功率为-160.07dBw。
射频元器件本身会产生热噪声，所以在射频前端信号处理过程中，除了噪声带宽Bn逐级变窄以外，另一个变化是信号中的噪声温度T会逐级上升，以至于形成射频前端损耗。因此我们在计算载噪比时，还应考虑射频前端损耗，即C/N0的值等于以dBW为单位的接收信号功率PR减去N0，然后再减去以dB为单位的射频前端损耗Lfe。
3串联器件的噪声指数
噪声指数NF用来衡量某一电子器件的噪声性能，它定义为信号在进入这一器件前和从该器件输出后的载噪比变化倍数。器件的噪声指数F和其噪声温度T之间的关系：
由于噪声指数属于一个元器件的固有特性，因而滤波器、放大器等射频元器件通常标出其运行时的噪声指数值。除噪声指数F和噪声温度T外，射频元器件的另一个重要性能指标是其功率放大倍数，或者成为增益。对于电缆线等无源器件，它们的增益G小于1，或者说它们的损耗L大于1，一个器件的增益和损耗互为倒数。
电缆损耗与电缆线的长度成正比，并且越粗的电缆线通常具有越低的电缆损耗。无源器件的噪声指数F等于其损耗L，所以它的噪声温度T也可表达成T=290*(L-1)。
如图是一个由多个器件串联而成的接收系统，它的射频前端分别由天线、电缆和随后的三级器件串联而成，其中Ta代表天际背景噪声、太阳辐射和地面反射等所有从外界进入接收天线的噪声温度，从天线到器件1之间的电缆损耗为L，电缆线之后的第i级器件的噪声温度与增益分别为Ti和Gi，而我们希望计算出这一部分接收系统的总的噪声性能。在紧跟天线之后的点A处，接收到的信号功率尚未受到任何线路、器件的损耗或放大，也就是说，点A处的信号功率直接等于接收功率PR。这样，分析串联器件系统噪声性能的一种计算方法是，先将接收系统的总噪声温度折合到点A处，然后将该点处折合后的噪声温度T直接带入公式，得到载噪比。
将电缆线之后的三级串联器件的总噪声温度折换成在点B处的等效噪声温度Ti的计算公式：[富莱斯公式]公式表明，一个串联器件系统中的首级器件的噪声性能尤为重要。
将那些含有内置放大器的天线称为有源天线，并将安置在实质性混频之前的放大器称为前置放大器。
4右旋圆极化
极化是电场强度矢量的终端随着时间变化而在一个与电磁波传播方向垂直的静止截面上所做的运动轨迹的几何图形。根据电场强度矢量终端运动轨迹形状的不同，电磁波极化可分为线极化、圆极化和椭圆极化。
GPS信号经过奇数次反射后变为左旋圆极化，经过偶数次反射后仍为右旋圆极化。为了与接收到的GPS卫星信号的极化方式相匹配，从而提高接受效率，所有GPS接收天线大都以右旋圆极化的方式工作。
5天线的种类
减小低仰角方向上的天线增益是多路径抑制天线MLA的主要设计原理。
天线设计的一条简单而重要的规则：若天线尺寸越大，则其接收效果越好：增益×带宽÷体积=常数。
接收天线分为有源天线和无源天线。有源天线安装着一个内置的低噪声放大器LNA，以降低随后的电缆等损耗对信噪比的影响。无源天线不含低噪声放大器，不需要电源。
GPS接收天线有很多不同的构造类型，例如单极、偶极、螺旋、微带和扼流圈天线等。
