GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)

第二章GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)第一節(jié)、GPS系統(tǒng)的組成GPS定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星（空間星座部分）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面監(jiān)控部分）GPS接收機（用戶部分）24顆衛(wèi)星1個主控站3個注入站5個監(jiān)測站各型GPS接收機1、空間星座部分24顆衛(wèi)星(21+3)6個軌道平面

55o軌道傾角

2萬km軌道高度(地面高度)12小時(恒星時)軌道周期

5個多小時出現(xiàn)在地平線以上(每顆星)GPS衛(wèi)星星座的功能主要包括：（1）接收和存儲由地面監(jiān)控站發(fā)來的導航信息，接收并執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令；（2）衛(wèi)星上設有微處理機，進行部分必要的數(shù)據(jù)處理工作；（3）通過星載的高精度銣鐘、銫鐘產(chǎn)生基準信號和提供精密的時間標準；（4）向用戶發(fā)送導航定位信號。包括：兩種載波（L1和L2）調(diào)制在L1上的偽噪聲碼C/A碼（CoarseAcquisitionCode粗捕獲碼）調(diào)制在L1和L2上的偽噪聲P碼(PreciseCode精碼)（5）在地面監(jiān)控站的指令下，通過推進器調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和啟用備用衛(wèi)星。2、地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分主要包括：一個主控站：科羅拉多?斯必靈司

三個注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個監(jiān)測站=1個主控站+3個注入站+夏威夷（Hawaii)55夏威夷阿松森迭哥?伽西亞卡瓦加蘭科羅拉多?斯必靈司地面主控站的作用主控站的作用

收集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)處理監(jiān)測與協(xié)調(diào)

控制衛(wèi)星

2、地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控站的作用2、地面監(jiān)控部分監(jiān)控站偽距導航數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)主控站測傳送注入站的作用

注入站的主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲器中，供衛(wèi)星向用戶發(fā)送。

3、用戶接收部分天線前置放大器GPS信號接收機射電部分微處理器電源部分數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制3、用戶接收部分按用途按攜帶形式

按工作原理

按載波頻率

GPS信號接收機分類

導航型、測地型和授時型

碼接收機和無碼接收機

單頻接收機和雙頻接收機

袖珍式、背負式、車載式、艦用式、空（飛機）載式、彈載式和星載式第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號GPS衛(wèi)星信號由載波、測距碼和導航電文三部分組成一、GPS衛(wèi)星信號的內(nèi)容

第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號GPS載波信號L1載波GPS的測距碼C/A碼P碼導航電文衛(wèi)星的星歷衛(wèi)星工作狀態(tài)時間系統(tǒng)衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)軌道攝動改正大氣折射改正L2載波GPS衛(wèi)星信號第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號

右圖為GPS衛(wèi)星信號的構成示意圖。圖中說明所有信號分量是根據(jù)同一基準頻率（圖中A點）產(chǎn)生的，其中包括載波（B點），（C點），調(diào)制在載波上的調(diào)相信號C/A碼（D點），P碼（F點）和數(shù)據(jù)碼（G點），經(jīng)衛(wèi)星發(fā)射天線（H點）發(fā)射的信號分量包括：C/A碼信號（J點），L1—P碼信號（K點）和L2—P碼信號（L點）。GPS信號的構成

二、GPS衛(wèi)星信號構成三、測距碼的產(chǎn)生第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號

C/A碼碼率為1.023MHz，周期為1ms，一周期內(nèi)有1023個碼位。C/A碼由兩個1023bit的偽隨機碼和的乘積構成的Gold碼。C/A碼形成方框圖四、導航電文

GPS衛(wèi)星的導航電文主要包括衛(wèi)星星歷、時鐘改正、電離層時延改正、工作狀態(tài)和C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息。將這些信息以數(shù)據(jù)，即以二進制碼的形式向用戶發(fā)送，所以導航電文又稱為數(shù)據(jù)碼，即D碼。

第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號123451234567891030s6s0.02s0.6s25頁10個字30比特導航電文的基本構成

TLMHOW數(shù)據(jù)塊—1時鐘修正參數(shù)TLMHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表TLMHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表繼續(xù)TLMHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等TLMHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等12345一個子幀6s長，10個字，每字30比特1幀30s1500比特電文一主幀結構圖

第二節(jié)、GPS衛(wèi)星信號第三節(jié)衛(wèi)星運動的基礎知識與GPS衛(wèi)星星歷一、衛(wèi)星的無攝運動衛(wèi)星運動不僅受地心引力的作用，而且還受到非地心引力、日月引力、行星引力、太陽光壓、地球潮汐、大氣阻力等影響。除地心引力外的其它作用力稱為攝動力。只考慮地心引力的衛(wèi)星運動叫無攝運動。第三節(jié)衛(wèi)星運動的基礎知識與GPS衛(wèi)星星歷軌道形狀與大?。很壍篱L半徑as；扁心率es；軌道橢圓在軌道平面上的定向：近地點角距ω；衛(wèi)星在軌道平面上的位置：真近點角V（變量）；軌道平面與地球體之間的相對定向：升交點赤經(jīng)Ω；軌道面傾角i。輔助參數(shù)平近點角M和偏近點角E。M=n(t-t0)…………t0為衛(wèi)星過近地點時刻。參數(shù)說明:近地點角距——近地點與升交點的地心夾角。真近點角——衛(wèi)星與近地點的地心夾角。升交點赤經(jīng)——升交點與春分點的地心夾角。軌道面傾角——衛(wèi)星軌道面與天球赤道面的夾角。升交距角——衛(wèi)星與升交點的地心夾角，即真近點角與近地點角距之和。2、無攝運動的軌道參數(shù)第三節(jié)衛(wèi)星運動的基礎知識與GPS衛(wèi)星星歷

在軌道直角坐標系中的位置：衛(wèi)星在天球坐標系和地球坐標系中的位置通過坐標系的轉(zhuǎn)換求得。但在轉(zhuǎn)換前需加攝動改正。3、無攝衛(wèi)星位置計算第三節(jié)衛(wèi)星運動的基礎知識與GPS衛(wèi)星星歷

衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運行軌道的參數(shù)，分預報星歷和后處理星歷。

1、預報星歷由衛(wèi)星向用戶播發(fā)。可用于實時定位。分C/A碼星歷和P碼星歷。

內(nèi)容：分三部分，開普勒六參數(shù)、軌道攝動九參數(shù)、時間二參數(shù)。

預報星歷的內(nèi)容：

1）開普勒六參數(shù)

e,i0,ωs,Ω0,M0Ω0——星期日子夜零時的格林威治子午面與參考時刻toe時的升交點所在子午面之間的夾角。二、衛(wèi)星星歷2)、軌道攝動九參數(shù)3)、時間二參數(shù)

toe——星期日子夜零時起算的星歷參考時刻。取值范圍：0~604800s。

AODE——數(shù)據(jù)齡期，即用于推算星歷的監(jiān)測站觀測數(shù)據(jù)的最后觀測時刻tL到toe的時間間隔，AODE=toe-tL。注：不屬于星歷的其它信息表2.3前3行，后5行，與星歷同屬導航電文。

1）衛(wèi)星鐘差改正參數(shù)：Δts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2

toC——星鐘參考時刻。

2）GPD——星期數(shù)，取值范圍0~10241980.1.6~1999.8.22，1999.8.22