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1．数字电路和模拟电路

1.1数字电路

数字设计可以分为两个总的领域。第一个领域是运用可用的构建模块直接创造和生产硬件。第二个领域是计算机软件或程序设计方面，它可以涉及或不涉及硬件设计方面。

第二个领域使用的技术完全不同与常规的硬件设计，为了有效的开发和调试还需要在专业测试设备上做大量的投入。这个领域所需要的信息量相当于一本单独的书，这里并不涉及。

然而，计算机技术的许多方面在常规的硬件设计中是非常重要的。在其中有作为PROM被提到的可编程只读存储器和被称为RAM（随机访问存储器）的读写存储器。“固件”这个词通常被使用在这些应用中。

数字电路设计与模拟电路设计有很大的不同，它更像一个小型的系统设计。对大型的设计部分而言，它由标准构建模块连接构成不用被动地修改组件。当然，许多电路确实包含模拟和数字两个部分，这些系统的构成是两种技术的混合体。

1.1.1基本电路

数字电路设计是以“是”或“否”，“真”或“假”，“高”或“低”等简单概念为基础的。在电子学中，基本电路是与非门。一个简单的版本如图1.1所示。

如果A和B是开路的或者连接到一个正电压，电流从R1通过三极管的基极发射极结，调整三极管（工作点）接近或进入饱含状态。E0此时接近地电位，输出被称为“0”或者“低”。如果A或B或者A和B接地，通过R1的电流被转移到所接的地极。这个过程在二极管D0的阳极产生了一个电压下降。然而，这个电压下降等于D0和三极管基射极两个二级管的电压下降之和，因此三极管（工作点）需要被调整。随着三极管的截止，E0接近+V电平，被称做“1”或者“高”。

需要注意的是在这个电路中涉及到一个反置的问题。就是，如果输入为低，输出为高，反之亦然。为了使电路非反置需要额外的单元。这就是为什么数字电路是基于反置逻辑的原因。“与非门”这个词就是“反置与门”的一个缩写。

对每一个逻辑门元素都有一个说明单元如何工作的“真值表”。这些表一般运用正逻辑。这就意味着输入信号为正时代表输入为1。负逻辑表示当输入信号为负时代表输入为

0。运用负逻辑时经常混淆，因此在文中并不运用。二输入的与非门真值表如图1.2所示。

这个真值表表明如果A和B都为1（“高”或Hi），输出为0。对于一个初学者有时很容易把与非门看作是一个与门后面跟一个反置电路的形式。一个与门的逻辑表示如果A和B为高，输出为高。一个与门是一个实际的与非门后面跟一个反置电路。

如果我们重看真值表，它也表明如果A或B为0输出则为1。换句话说，与非门电路在输入端做了一个对1的与非函数或者对0的或非函数。如果两个输入相连，与非门电路就变为一个转置电路。图1.3表示了3个常见的符号。在输出端的小圆圈表示反置，因此如果圆圈被去除，这3个符合分别变为与门，或门，和异或门。

或非门和异或门的真值表如图1.4所示。或非门的真值表表明如果A或B为1，输出为0。异或门的真值表除了A和B都为1的情况以外与或非门相同。

从与非门的真值表中我们可以知道如果与非门的一个或多个输入为0，输出为1。将1反置得到0，我们就拥有了一个或非门。不管运用什么制作方法，都很难做出一个与非门电路。这个例子的目的是为了表明一个与非门的简单运用及其过程，通过这个过程更多复杂的构建模块可以被演变产生。

在这里，应该注意数字组件和模拟组件之间的一个重要不同。对电路设计者来说，并不怎么需要知道一个数字函数是如何实现的。如果这个工作完成得好，数字设备的一些重要性能，例如传输延迟、功率损耗、导线数目，和需要支持的模块，将会变得更好。如果设备的性能指标是可以达到的，试图学习这些技术总体上说是浪费时间。原因是数字设备的输入输出是确定的。就是“是”或“否”。这就意味着数字电路没有必要产生一个准确的结果，而是产生一个已经定义了的输出。模拟领域充满了相对数、折衷和近似，所有这些都很大程度取决于半导体的基本特性。这些特性对不同的单元都是变化的和不同的。数字模块的设计者也面临相同的问题，但是一旦数字单元被正确的设计和建造，电路设计者在很大程度上可以消除对这些问题的考虑。

当数字电路接近它们的最大速度工作时，它们也接近了一个失效模式，这个模式在本质上很大程度是以模拟电路工作的，并且所有模拟电路的麻烦和不确定性又随之而来。高频的性能可以用不同的方式说明。一个常见的表达方式是“最大反复频率”。它表明输出在逻辑的高和低状态之间以最大可能的速率反复，但其中并没有定义占空比或者上升和下降时间等因素。“最大反复频率”并不意味着设备能够在这个速度下正确地运行。它仅仅表明按照模拟系统的分析方法设备可以运行得多快。

数字电路速度的限制以四种不同的形式表现出来：传播延迟、建立时间、上升时间和下降时间。传播延迟是信号的上升缘或下降缘从进入器件到离开器件总体上所经历的

时间。当许多器件被串联，它们的传播延迟相加。当一组相近的数字器件并行工作时，由于器件的公差，传播延迟可能不必相同。这个问题有时被称作是歪斜。在数字电路中，数字信号的边缘在已知的命令下出现是当然最重要的。因此，命令在发出后到产生确认的信号上升缘或下降缘之间绝对需要保持一个最小的时间。这个时间被称为准备时间。但是，同样地一个输入端的数字信号必须在某个最小的时间内保持输出，否则它可能不会得到确认。

由于数字器件的上升时间和下降时间不能及时到达下一个逻辑电平，因此限制了数字电路的响应速度。通过优化布线减少电容和电感、限制驱动级数、必要时在输出电路中应用负载电阻的方法，可以控制上升和下降时间。

总的来说，随着工作频率的提升，在接近反复频率时数字电路的问题也迅速增加。如果数字电路的工作频率被限制在可取最大值的一半以内，并且将准备时间提升至厂家声明的最小值的2倍或3倍，那么数字电路中的许多问题可以被避免。

1.2接收机

接收机的目的是从一个发射机发射的信号中选择一组期望的频率，去除所用不需要的信号和噪声，然后解调信号获得调制的信息。接收机做的工作越好，解调的信号与发射机发出的原始信号就越接近。不论需要什么样类型的解调，一个接收机所要执行的主要功能是滤波和放大。超外差接收机就是这项工作的合理选择。

1.2.1超外差接收机

由于在低频端容易设计陡峭的窄带滤波器并且获得高的增益，因此“超外差”的接收机是一个有效的设计。所有的输入信号与一个本地振荡器的输出混频，并且不同的频率被中间频率放大器选择和放大。这样做一个大的好处是中频放大器保持在一个固定的频率只有射频放大器和本地振荡器需要调整。图1.11是一个典型的超外差接收机的结构图。一个另外的好处是事实上放大器的增益只是集中在两个有时或者三个频率上。这样减少了对任意频率的增益需求提高了放大器的稳定性。当涉及的射频增益超过120分贝时，增加每一点都有用。

图1.11中每一部分的功能解释如下：

1.射频放大器

为了使接收机总的噪声系数达到要求，需要有足够的增益，通常大约在10dB左右。

在输入端和输出端的调谐电路选择需要能够充分抑制镜频信号和其他寄生信号，它们会产生中间调制并出现在中频信号中。为了阻止强信号的过载可能需要一些自动增益控制电路。射频放大器电路也需要能够避免本地振荡器向天线辐射信号从而对其他接收机产生干扰的任何可能性。

2.混频器与本地振荡器

混频器有两个输入，一个从射频放大器输出，另一个从本地振荡器输出。混频器的非线性特性将产生许多中间调制信号，它们中的一个，和频或差频信号，将作为中频信号存在。

通常，还将存在一个第二频率信号，镜频信号。它也可以与本地振动器混频并且在中频上产生一个输出。根据所运用的混频器类型，变频增益通常从－10dB到＋30dB变化。本地振荡器必须是可调的，还要有一个低的漂移率和相对较小的边带噪声，因为这样可以提高接收机的噪声等级。

3.中频滤波与放大器

这个部分决定接收机的总体带宽和与之相连的通道选择问题。接收机模块的增益将主要集中在这一部分，为了适应接收信号强度的变化，某些形式的自动增益控制电路需要包括在其中。与射频相比，中频通常在一个较低的频率，但是，在一些特殊情况中，中频可以高于射频以减少寄生地中间调制和镜像问题。

4.解调器

对于所应用的各种调制方式（如调幅、调频、单边带和脉冲调制），都有一些不同的电路。一些可获得增益，另一些则插入损耗。一些需要一个参考信号输入（如，SSB和相位调制），另一些则不需要。解调过程也可能要求产生对AGC和AFC电路的输出。待复原的声音（或视频，等）信号的电平将决定在后面的音频或视频放大器中需要的增益。

1.2.2 指标参数

在一个接收机的设计之前，必须考虑最终的指标参数要求。在大多数情况下，最终的设计结果是在设计者的想像与可能的实现之间的一个折中方案。决定因素通常是经费限制。在开始设计之前需要考虑以下几个方面。

1.可调频率范围

什么频率范围可调以及频率的调整是连续的还是在作为不同的离散通道？例如，一个短波接收机必须能够连续地从3到30MHz进行调整并且通常还需要在一些频段进行切

换。它的本地振荡器应该是连续地可调类型。解调器应该满足调幅，单边带，和连续波信号，并且中频带宽应该一致。对民用波段（CB），一个接收机需要将从26.965到27.405KHz变化的窄小频率范围作为40个离散通道进行调整。这个接收机的本地振荡器应该类似于是一个锁相环同步器。解调器信号可以是调幅（AM）或单边带（SSB）信号。

2.灵敏度

有时，对灵敏度的重视程度超过了其他的细节因素。例如，一个100-KHz的导航接

μ的期望信号有时也收机受到的大气噪声干扰如此之强以致于从天线接收的一个100-V

μ的100MHz信号经常可以很容易地从背景噪声中区分会被掩盖。另一方面，一个0.1-V

开。

3.带宽

当调制类型和通道间隔已知，就可以定义中频的带宽和它的频率响应参数。对一个调频的立体声广播，需要一个350kHz的带宽。对调幅的飞行器通信系统，一个30kHz的带宽是常用的－不能为高音频信号提供宽带响应，但能够适应发射机和接收机中的频率偏移。滤波器中的频率响应参数需要设置了能够抑制相邻通道的信号。

4.寄生信号

如果不期望的信号由中频潜入接收机，通过交叉调制和相互调制会产生很多寄生频率信号，那么再好的设计也没用。

许多好的接收机的典型指标参数如下：

（1）FM 立体声调频：频率范围88～108Mhz

μ灵敏度：在信噪比为20dB的条件下，对300Ω的输入电阻产生的电压为1.8V

选择性：对中心频率两边400kHz通道范围内，为100dB。

带宽：通道增益6dB下降点在中心频率两边350kHz处。

镜频干扰抑制：90dB

寄生频率干扰抑制：90dB

中频干扰抑制：90dB

调幅抑制比：65dB

捕获率：1.5dB

（2）短波接收机：频率范围 3.0～30MHz

μ灵敏度：对于信号加噪声功率与噪声功率比为10dB时，灵敏度为0.5V

带宽：通道增益6dB下降点在中心频率两边2.3kHz处，通道增益60dB下降点在中心频率两边5.5kHz处（单边带模式）

镜频干扰抑制：60dB

一旦指标参数被谨慎地确定，就可以开始设计接收机了。但是什么地方是最好的切入环节呢？总体上讲，最敏感的环节是两个非线性电路，混频器和解调器。中频放大器在它们之间起到调节作用，射频放大器用来弥补混频器的不足。

1.2.3 混频器

接收机的混频器部分在理想情况下只应该产生两个输入频率的差频信号（或和频信号，对上变频）。混频器的一个输入是本振信号，另一个则是期望的射频信号。同样，在理想情况下不会有输入信号的其他组合能够产生中频信号。如果这样的频率确实存在，滤波器在它们到达混频器之前必须将它们去除。

最接近理想混频器的模型是一个具有完美平方律传输特性的电路。在这个电路中，除了输入信号和它们的二次谐波以外，和频信号和差频信号也出现在了电路的输出端。差频信号通常是期望信号，因此通过中频滤波器被选择。差频信号的幅度大小与原始射频信号电平和本振信号电平的乘积成比例关系。对其他任意两个信号，如果它们频率间隔的大小等于差频，那么它们在混频器输入端输入时也会产生一个中频输出。然而，这些信号所产生的输出信号的电平与它们本身的电平成比例关系。

如果到达混频的所有射频输入电平都保持尽可能地低，并且本振信号尽可能地高，就能对一些不期望地混频分量进行抑制。因此，某个期望的信号要比其他所有非期望的信号强。在图1.12中，描述了这个过程。混频电路在它的输入端有4个信号，都具有相同的电平。本振信号电平作为参考也被包括在其中，它比其他4个信号高很多。中频滤波器只应许0.4MHz与0.6Mhz之间的信号通过。射频信号C和D可以与本振信号混频产生0.45MHz和0.55MHz信号的输出，它们分别正好都在中频滤波器的通带范围之内。一个是期望信号，另一个是镜频干扰信号，它应该在到达混频器之前通过滤波器去除。两个其他信号，A和B，频率的间隔碰巧是0.5MHz，因此它们在中频通带范围内也会产生一个混频输出。然而，这个信号的幅度远远低于期望的中频信号。因此，最好的结果通过如下获得：

（1）选择一个平方律混频器

（2）运用高的本振信号电平

（3）保持低的射频信号电平

（4） 在混频器前提供恰当的滤波电路

如果可以构建理想的平方律混频器，那么在它之前所需要的最小滤波器是什么样的呢？

我们已经看到，必须去除镜相频率以及任何一组可以相互混频并产生中频输出的频率。图1.13表明了滤波器的极限情况。中频滤波器被放置在了5.0MHz 处并且拥有近乎垂直的频率响应曲线。在混频器前面的射频滤波器也拥有近乎垂直的频率响应曲线，覆盖的频率范围为5.5MHz ～10.0MHz ，频率变化范围接近1倍。射频滤波器带宽很窄（4.5MHz ），以致于在通带范围内不能有两个信号同时存在，因此也不会有相应的混频输出。接收信号中的镜像频率位于15.5MHz~20.0MHz 的频率范围之内，它们都在滤波器的通带范围以外。在实际的设计中，滤波器会拥有较宽的频率响应，因此混频器中有用的频率范围甚至只是理论上1倍带宽的一小部分。

由于任何电路都会产生附加噪声，混频器也不例外。因此，每种类型的混频电路都有自己的噪声系数。如果射频滤波器与混频器的组合噪声系数以及信号在前面射频滤波器中的损耗足够小，那么在混频前不需要甚至不希望对信号进行放大。放大器不可避免地具有非线性特性并会增加混频器输入信号的电平，因此其他混频分量就会出现。当考虑噪声系数时，应当记住有两个频率会对中频输出的噪声产生影响，它们是期望频率和它的镜相频率。为了减少噪声系数，在天线与混频器之间放置一个滤波器去除镜频干扰信号通常还是不够。如果混频器对镜频信号的阻抗“表现为”一个纯电阻，热噪声就会被增加。滤波器此时会对镜频信号表现为短路。

如果噪声系数很高，就需要加入射频放大器。它的增益应该足够使系统总体的噪声系数刚好到达或不超过期望的水平。实际上，在射频放大电路中一个小的负反馈会提高放大器的线性性能，并且负反馈导致增益的下降实际上对混频电路是有帮助的。

1.2.4 射频放大器

一旦混频器输入信号期望的电平动态范围被确定，射频放大器就可以根据需要被设计（或消除）。它的增益应该足够使从天线接收来的微弱信号提升刚好至所需要的水平，以压制在射频放大器和混频器中产生的噪声。接收机总的噪声系数由下式给出。

111

1F F F G -=+ 其中，F1－第一级的噪声系数

F2－第二级的噪声系数

G1－从第一级到第二级的功率增益

在图1.14所示的排列中，射频放大器的增益为12dB （8:1），混频器的损耗为4dB （0.398:1）。射频电路的噪声系数为 2.0dB （1.585），中频放大器的噪声系数为 2.5dB （1.778）。则总体的噪声系数应该为

()1111 1.77811.585 1.829or 2.62dB 80.398

F F F

G --=+=+=? 由此可见，射频放大器提供了足够的增益，以致于总体的噪声系数2.62dB 只比射频放大器本身的噪声系数高出0.62dB 。较高的增益只会在总体上对性能产生很小的提升，不过会导致混频器产生更多的问题。

上面的例子都认为中频信号为5.0MHz ，本阵信号为10.5HMz ，所在位置由图1.13可以看出。（1）式中的16MHz 和26MHz 两个新的频率信号都在最小化的一倍频滤波器通带范围之外，并且，如果采用对称混频器，混频器甚至对本振的谐波频率不会产生输出。因此，这些频率不会对输出产生任何问题。（2）式中的两个频率代表出现在2.75MHz 与

7.75MHz 的两个信号。后者正好位于一倍频滤波器通带范围中间，因此如果混频器的传输函数具有明显的三阶曲线特性，则需要添加滤波器。一种选择是采用半倍频滤波器，另一种选择是采用窄带连续可调滤波器（随之产生滤波器的频率跟踪问题）。其他寄生频率信号可能在射频放大器内由射频信号自身的谐波产生。（3）式中的频率就是这种情况，其中由于放大器的非线性产生的三次谐波可以直接通过混频器。这个1.667MHz 的频率输入可以通过射频放大器前面的的滤波器轻易地消除。

所有的寄生频率问题很大程度上取决于射频电路的非线性特性，前后的滤波器电路以及混频器本身。最大的问题涉及增益控制。为了在混频器的输入端保持低电平，射频电路的增益有时需要被降低。为了实现自动增益控制，放大器必须具有非线性的传输特性，使得放大器对输入信号的改变产生一个具有偏向性的增益变化。结果，二阶的非线性传输函数会产生寄生频率，它们会在中频信号的通带范围内导致混频分量的出现，特别是在射频放大器电路前面的滤波器通常比较简化的情况下。因此，如果如果采用了自动增益控制，就需要一个好的射频滤波器。

一个比较好的方法是使放大器变得非常线性化，甚至在极端情况下采用带有负反馈的平衡放大电路。增益可以通过手动控制，要么通过调整电位器，要么通过控制电阻箱的开关，或者如果在线性电路的条件下进行自动调整。

一个理想的二端口器件，如果它不会使信号产生变形但随着电压的改变它的电阻会产生改变，这样的电路看上去可能也很奇怪。一个小的白炽灯就是例子。如果加到白炽灯

两端的直流电压缓慢变化，流到灯泡里的电流不会随所加的电压线性的变化。随着灯丝的加热，由于灯丝的热时常数很长可以使它的电阻在一段时间内保持不变，因此它的电阻会升高。多年以来，这样的一个理想特性被用来作为高质量音频振荡器的自动电平控制。等效为白炽灯的模型是PIN二级管。由于PIN二极管改变电流传送方式的时间很长（最高到500ns），低频端这个器件像一个普通二极管一样工作，但在高频端它像一个可变电阻一样工作。大约在10MHz以上（取决于特定的二极管），PIN二极管就可以变为由一个直流电压控制的可变衰减器。

1.2.5中频放大器

接收机的中频部分位于开始的混频器和最后的解调电路之间。它必须：

（1）提过一个高的增益值，60～100dB，并且当强信号出现时减少增益量。

（2）滤出所有通带范围内的不期望的信号。

（3）如果接收信号是调频信号，限制调频信号的幅度变化，由此确定调频信号的捕获率。

（4）如果接收信号是调幅和单边带信号，限制加性噪声的幅度。

这些任务的完成不能损坏由接收机前端设定的噪声系数，也不能导致通带范围内期望信号的变形失真。

对大部分的接收机，射频和混频电路中存在至少20dB的总增益，因此中频部分的噪声系数通常显得不是很重要。对一些很少的接收机，它们没有采用射频电路，混频操作时对信号还产生一定的变频损耗，这时中频部分的噪声系数就显得非常重要。任何在放大电路前中频滤波器中的信号损耗都必须被考虑；例如如果射频部分的增益为15dB，混频器的损耗为6dB，中频滤波器出现9dB的损耗，那么中频信号的电平将正好还原为天线端输出的大小。中频的噪声系数此时会显得非常重要。

当接收机中总的噪声带宽也必须考虑时，只关心噪声系数本身是不够的。这其中的一部分已经在前面指出，从混频器输出的镜频信号将会添加热噪声并且还有可能对接收信号产生干扰。总的噪声带宽因此是中频滤波器带宽的两倍。只要采用分离元件形式的滤波器和放大器，其他的噪声问题还可能产生。

图1.15 中频放大器

如图1.15中所示，在集成的放大电路之后没有采用滤波器。输出到解调器的总噪声

因此等于从射频放大器和混频器到中频滤波器通过的窄带噪声加上在集成电路内部产生的10M或20M的宽带噪声。因此，在集成电路和解调器之间应该添加一些噪声带宽滤波器。

信号的变形失真也必须被考虑。由于中频放大器必须能够产生自动增益控制，因此它们一定具有平方律的或二阶的传输特性。因此可以通过改变放大器的偏置而使增益产生改变。假设中频滤波器的带宽相对较窄，少于1倍频宽，只要放大器的保持二阶的传输特性，就没有信号失真会产生。所有的谐波和中间调制分量都将落在滤波器的通带范围之外，因此滤波器将表现为线性传输特性。但是，如果任何奇数阶的传输特性曲线出现，在滤波器的通带范围内不期望的混频分量及其分布密度将会出现和产生。这种类型的失真很容易出现在两极性晶体管中，它们通常被用于中频放大器中，增益量可以通过对晶体管的偏置电路的改变以及对所用晶体管的选择来进行控制。在某些元件中，它也会出现，只是不是那么明显。任何石英的，陶瓷的，或者机械的滤波器都涉及内部单元的物理运动，并对这个运动有对应的线性限制条件。因此这些滤波器本身就可以成为一个信号变形失真的源，特别是在所加的信号电平比较大的情况下。因此，对每种所要求的应用条件，都必须认真地分析每个元件对接收机最终性能的贡献作用。

3通信

语音通信

电信这个词被用来描述运用某种形式的设备在一定的距离之间通信。通过电话会话的交谈肯定是一种电信形式，然而两个人相互呼喊并不是。对电话会话而言，电信设备既是机械设备又是通信设备（电设备）。尽管这个条件适用于我们认为的大多数（电信）系统，但它肯定不是一个电信系统的必要条件。例如一个运用话筒的会话过程，即，音响系统，也可以被划分为电信系统。在这一节的大部分我们将重点介绍通信系统（电系统）。

图1.13表示了一个简单的电信系统。注意这个特殊的系统只允许单向通信，即，信息只可以向一个方向传递。此外，系统的输入源和输出终端并没有表示。我们通常在图中并不包含输入源或输出终端。我们应该总是认为输入源是人的语音，并且输入的是会话过程。同样地，我们应该认为输出的总是会话，它的终端是其他人。（读者应该知道，研究者对系统做了大量的研究，这些研究的目的是为了在输出端用可打印的信息版本替代会话语音。这个话题，被称为语音识别，是非常有趣的话题，但是我们在这里并不讨论。）

在一个典型的系统中发送端将包含一个输入变换器，它将空气中的语音声波的声压转变为电信号。这个输入变换器通常被称为麦克风。同样地，在接收端内的是一个扬声器，即，将接收的电信号转变回声音的变换器。传输通道在系统中间，它将电信号从发送端运送到接收端。通过向麦克风说话提供语音输入的人和通过收听扬声器接收传输后的声音信号的人，被称为通信者。在实际系统中，发送端和接收端可能会包含一个放大器。因此，这样能够确保即使在输入时传到发送端麦克风的一个很小的声音也会在输出的接收端扬声器中产生一个声音。为了讨论电信系统的例子以及说明它们的性能，我们必须引入一些额外的术语并做一些定义。我们的内容由研究将要通过电信系统传送的通信信号（电信号）开始。

3.3全球定位系统

3.3.1导论

全球定位系统（GPS）是空基的无线定位系统，它可以为地球表面及附近的任何地方装备有适当接收机的用户提供时间、三维空间地理位置和运动速度的信息。

全球定位系统由3部分构成。这三部分分别是空间组件，控制组件，和用户组件。空间组件构成全球定位系统的卫星部分。

全球定位系统的控制组件包括一个主控制台，五个监视台，和三个地面天线。主控制台被放置在科罗拉多斯普林斯市，然而其他的控制台和天线遍布在全世界范围内。控制台监控卫星的工作方式（功能）和它的轨道。只要主控制台认为卫星有必要做任何改变时，都可以发送指令至卫星进行控制。

用户组件包括全球定位系统的个人用户，他们可以运用接收机精确地计算他们所在的地理位置，速度，和时间。

用户端通过测量从监视范围内的卫星到他们的距离计算所在的位置。卫星所起作用就像空间中的参考点。为了进行有效的位置计算至少需要四颗卫星。用户端接收机通过计算每颗卫星位置的延迟和信号传送到用户所需的时间来测量每颗卫星的视在距离。接收机由此可以计算用户所在的位置，速度和时间。

全球定位系统提供了两个级别的精确度：标准定位服务（SPS）和精确定位服务（PPS）。标准定位服务可以由普通平民使用，而精确定位服务被用于美国军方。