GPS定位設備安裝調試

GPS定位設備的安裝與調試北京神州祥升軟件有限公司鄭瑞國GPS系統(tǒng)組成GPS技術的特點●觀測站之間無需通視?！穸ㄎ痪雀??！裼^測時間短?！裉峁┤S坐標?！癫僮骱啽??！袢旌钭鳂I(yè)。地面監(jiān)控地面監(jiān)控

每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準――GPS時間系統(tǒng)。主控站的作用主控站擁有以大型電子計算機為主體的數(shù)據(jù)收集、計算和傳播設備，作用如下：1：收集數(shù)據(jù)：收集各監(jiān)測站獲得的偽距和偽距差觀測值，衛(wèi)星時鐘、氣象參數(shù)和工作狀態(tài)等；2：數(shù)據(jù)處理：根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)計算各衛(wèi)星的星歷，時鐘改正，衛(wèi)星狀態(tài)和大氣傳播改正。并將這些數(shù)據(jù)按照一定格式編成導航電文，并及時將導航電文傳給注入站。導航電文的作用即在于獲得衛(wèi)星的坐標；3：時間協(xié)調：各測站和GPS衛(wèi)星的原子鐘均應與監(jiān)控站的原子鐘同步，或測出其間的鐘差；4：控制衛(wèi)星：修正衛(wèi)星的運行軌道，調用備用衛(wèi)星更換失效衛(wèi)星；監(jiān)控站的作用監(jiān)控站是無人值守的數(shù)據(jù)采集中心，其位置經(jīng)精密測定；主要設備包括1臺雙頻接收機，1臺高精度原子鐘，1臺電子計算機和若干臺環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。作用如下：利用接收機求出衛(wèi)星相對其原子鐘的偽距和偽距差利用原子鐘獲得時間標準利用環(huán)境傳感器得到當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)然后將算得的偽距、導航數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及衛(wèi)星狀態(tài)傳給主控站。注入站的作用注入站是無人值守的工作站，設有3.66m的拋物面天線，1臺C波段發(fā)射機和一臺電子計算機。其作用是將主控站編制的導航電文等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)射。地面監(jiān)控系統(tǒng)的工作程序由監(jiān)測站連續(xù)接收GPS衛(wèi)星信號，不斷積累測距數(shù)據(jù)，并將這些測距數(shù)據(jù)以及氣象數(shù)據(jù)、衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)等發(fā)送到主控站；主控站對測距數(shù)據(jù)進行包括電離層、對流層、相對論效應、天線相位中心的偏移以及地球自轉和時鐘改正等的傳播時間延遲改正，并用卡爾曼濾波器進行連續(xù)數(shù)據(jù)平滑及最小二乘與多項式擬合，以提供衛(wèi)星的位置和速度的六個軌道根數(shù)的攝動，每個衛(wèi)星的三個太陽壓力常數(shù)、衛(wèi)星的時鐘偏差；最后注入站將主控站的導航電文注入到衛(wèi)星的存儲器中。GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星的主要作用接收地面注入站發(fā)送的導航電文和其他信號；接收地面主控站的命令，修正其在軌運行偏差及啟用備用設備等；連續(xù)地向用戶發(fā)送GPS衛(wèi)星導航定位信號，并用電文的形式提供衛(wèi)星的現(xiàn)勢位置與其他在軌衛(wèi)星的概略位置；GPS衛(wèi)星關鍵在于衛(wèi)星的壽命要長，時間精度要高。GPS接收機GPS的測距碼GPS衛(wèi)星所采用的兩種測距碼，即C/A碼和P碼（或Y碼），均屬于偽隨機碼。（1）C/A碼：是由兩個10級反饋移位寄存器組合而產(chǎn)生。碼長Nu=210-1=1023比特，碼元寬為tu=1/f1=0.97752s,（f1為基準頻率f0的10分之1，1.023MHz）,相應的距離為293.1m。周期為Tu=Nutu=1ms，數(shù)碼率為1.023Mbit/s。C/A碼的碼長短，共1023個碼元，若以每秒50碼元的速度搜索，只需20.5s，易于捕獲，稱捕獲碼。碼元寬度大，假設兩序列的碼元對齊誤差為為碼元寬度的100分之1，則相應的測距誤差為2.9m。由于精度低，又稱粗碼。（2）P碼P碼產(chǎn)生的原理與C/A碼相似，但更復雜。發(fā)生電路采用的是兩組各由12級反饋移位寄存器構成。碼長Nu2.351014比特，碼元寬為tu=1/f0=0.097752s，相應的距離為29.3m。周期為Tu=Nutu267d，數(shù)碼率為10.23Mbit/s。

P碼的周期長，267天重復一次，實際應用時P碼的周期被分成38部分，（每一部分為7天，碼長約6.191012比特），其中1部分閑置，5部分給地面監(jiān)控站使用，32部分分配給不同衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星使用P碼的不同部分，都具有相同的碼長和周期，但結構不同。P碼的捕獲一般是先捕獲C/A碼，再根據(jù)導航電文信息，捕獲P碼。由于P碼的碼元寬度為C/A碼的1/10，若取碼元對齊精度仍為碼元寬度的1/100，則相應的距離誤差為0.29m，故P碼稱為精碼。GPS衛(wèi)星的導航電文（數(shù)據(jù)碼）1.導航電文及其格式導航電文是包含有關衛(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、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導航信息的數(shù)據(jù)碼（或D碼）。導航電文也是二進制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送。每幀電文含有1500比特，播送速度50bit/s，每幀播送時間30s。每幀導航電文含5個子幀，每個子幀分別含有10個字，每個字30比特，故每個子幀共300比特，播發(fā)時間6s。為記載多達25顆衛(wèi)星，子幀4、5各含有25頁。子幀1、2、3和子幀4、5的每一頁構成一個主幀。主幀中1、2、3的內容每小時更新一次，4、5的內容僅當給衛(wèi)星注入新的導航電文后才得以更新。導航電文的格式：123451234567891030s6s0.02s0.6s25頁10個字30比特一幀導航電文的內容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比特導航電文（1）遙測字（TLM—TelemetryWORD）位于個子幀的開頭，作為捕獲導航電文的前導。（2）交接字（HOW—HandOverWord）緊接各子幀的遙測字，主要向用戶提供用于捕獲P碼的Z記數(shù)。所謂Z記數(shù)是從每個星期六/星期日子夜零時起算的時間記數(shù)，表示下一子幀開始瞬間的GPS時。（3）數(shù)據(jù)塊1：含有衛(wèi)星鐘改正參數(shù)及數(shù)據(jù)齡期、星期的周數(shù)編號、電離層改正參數(shù)、和衛(wèi)星工作狀態(tài)等信息。?衛(wèi)星鐘改正參數(shù)a0、a1、a2分別表示該衛(wèi)星的鐘差、鐘速和鐘速變化率。任意時刻t的鐘改正數(shù)為t=a0+a1(t-t0e)+a2(t-t0e)2。導航電文?參考歷元t0e為數(shù)據(jù)塊1的基準時間，從GPS時星期六/星期日子夜零時起算，變化于0-604800s之間。?數(shù)據(jù)齡期AODA表示基準時間t0e與最近一次更新星歷的時間之差，主要用于評價鐘改正數(shù)的可信程度。?現(xiàn)時星期編號WN：表示從1980年1月6日協(xié)調時零點起算的GPS時星期數(shù)。（4）數(shù)據(jù)塊2：包含在2、3兩個子幀里，主要向用戶提供有關計算衛(wèi)星運行位置的信息。該數(shù)據(jù)一般稱為衛(wèi)星星歷。（5）數(shù)據(jù)塊3：包含在4、5兩個子幀中，主要向用戶提供GPS衛(wèi)星的概略星歷及衛(wèi)星的工作狀態(tài)信息，稱為衛(wèi)星的歷書。衛(wèi)星的載波信號與調制基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600衛(wèi)星的載波信號與調制從上圖中可見，GPS衛(wèi)星取L波段的兩種不同電磁波頻率為載波，L1載波頻率為1575.42MHz，波長為19.03cm；L2載波頻率為1227.60MHz，波長為24.42cm。在L1載波上，調制有C/A碼、P碼（或Y碼）和數(shù)據(jù)碼；L2載波上，只調制有P碼（或Y碼）和數(shù)據(jù)碼。在無線電通信中，為有效地傳播信息，一般將頻率較低的信號加載到頻率較高的載波上，此時頻率較低的信號稱為調制信號。GPS衛(wèi)星的測距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調相技術調制到載波上，且調制碼的幅值只取0或1。如果碼值取0，則對應的碼狀態(tài)取+1；而碼值取1時，對應碼狀態(tài)為-1，載波和相應的碼狀態(tài)相乘后，即實現(xiàn)了載波的調制。衛(wèi)星信號的解調為進行載波相位測量，當用戶接收到衛(wèi)星發(fā)播的信號后，可通過以下兩種解調技術來恢復載波相位。（1）復制碼與衛(wèi)星信號相乘：由于調制碼的碼值是用1的碼狀態(tài)來表示的，當把接收的衛(wèi)星碼信號與用戶接收機產(chǎn)生的復制碼（結構與衛(wèi)星測距碼信號完全相同的測距碼），在兩碼同步的條件下相乘，即可去掉衛(wèi)星信號中的測距碼而恢復原來的載波。但此時恢復的載波尚含有數(shù)據(jù)碼即導航電文。這種解調技術的條件是必須掌握測距碼的結構，以便產(chǎn)生復制碼。衛(wèi)星信號的解調（2）平方解調技術：將接收到的衛(wèi)星信號進行平方，由于處于+1狀態(tài)的調制碼經(jīng)過平方后均為+1，而+1對載波相位不產(chǎn)生影響。故衛(wèi)星信號平方后，可達到解調目的。采用這種方法，可不必知道調制碼的結構，但平方解調后，不僅去掉了衛(wèi)星信號中的測距碼，而且也同時去掉了導航電文。GPS定位原理GPS定位原理，利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星到地面點的距離交會得出地面點位置。通過通過GPS電文解譯出4顆GPS衛(wèi)星的三維坐標（），，通過一定的方法測得衛(wèi)星到接收機之間的偽距，偽距方程中包含衛(wèi)星鐘誤差、電離層誤差、對流層誤差以及接收機鐘差，其中衛(wèi)星鐘誤差、電離層誤差、對流層誤差可以進行修正，而接收機鐘差只能作為未知參數(shù)一起求解。所以需要求解4個未知數(shù)。GPS定位原理設在地面待測點P處安置GPS接收機，在ti時刻該接收機接收4顆GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，同時測得P點至4顆GPS衛(wèi)星的距離，用距離交會的方法求解P點的三維坐標（X，Y，Z）的求解方程為：其中表示接收機的鐘差，c表示光速。GPS定位原理電離層延遲誤差對流層延遲誤差Rnoise接收機內部噪聲造成的距離偏差。GPS定位原理將接收機時鐘差作為一個未知量求解原因：1．接收機鐘差一般難以預料；2．接收機鐘差對測量定位精度產(chǎn)生的影響非常大，遠大于其它實時傳輸誤差所造成的影響。GPS定位原理美國成功發(fā)射

第九顆GPSIIF衛(wèi)星美國東部時間3月25日下午14點36分，一枚美國聯(lián)合發(fā)射同盟(ULA)的德爾塔IV型火箭從弗羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，將美國空軍的最新一顆全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星GPSIIF-9送入了預定軌道。GPSIIF-9衛(wèi)