教案26(衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) )

一、GPS系統(tǒng)概述(ɡàishù)二、GPS系統(tǒng)組成課題(kètí)二十六、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精品資料GPS是NAVSTARglobalpositioningsystem的簡(jiǎn)稱，即導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)。利用多顆高軌道衛(wèi)星，測(cè)量距離和距離變化率來(lái)精確測(cè)定(cèdìng)用戶位置、速度和時(shí)間等參數(shù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。船舶利用GPS接收機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航定位，其精度為100米，且使用方便。廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)洋船舶。精品資料一、GPS系統(tǒng)(xìtǒng)概述主要作用(zuòyòng)：二維定位及二維測(cè)速；或三維定位三維測(cè)速等。優(yōu)點(diǎn)：全球、全天候、實(shí)時(shí)、高精度定位。缺陷：不能在水下定位；受人為因素影響大。精品資料二、GPS系統(tǒng)(xìtǒng)組成由空間系統(tǒng)(xìtǒng)（導(dǎo)航衛(wèi)星）、地面控制系統(tǒng)(xìtǒng)（地面站）和用戶（導(dǎo)航儀）三部分組成的。1、導(dǎo)航衛(wèi)星精品資料圖8-12GPS系統(tǒng)(xìtǒng)圖精品資料組成：21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星。軌道：6條圓形軌道，每條軌道上均勻分布4顆衛(wèi)星。軌道高度20183km，軌道與天赤道交角為55°。衛(wèi)星繞地球飛行一周需要約12h（約合720min）。在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻都可以至少看到5顆衛(wèi)星（最多11顆），其中至少有4顆衛(wèi)星仰角大于7°.5。在地球上觀測(cè)每顆衛(wèi)星的時(shí)間約為1h，衛(wèi)星每天通過(guò)(tōngguò)地球上同一上空的時(shí)間約提前4min。精品資料衛(wèi)星作用：接收來(lái)自地面站的信息（此信息包括衛(wèi)星編號(hào)、衛(wèi)星星歷、環(huán)境情況、時(shí)間飄移量、電離層延遲改正等），向用戶發(fā)送導(dǎo)航電文（導(dǎo)航信息）。導(dǎo)航電文發(fā)射：頻率L1=1575.42MHz，L2=1227.60MHz。以連續(xù)編碼脈沖信號(hào)的形式(xíngshì)發(fā)射，編碼信號(hào)為二進(jìn)制偽隨機(jī)噪聲碼，分為CA碼（CA-clearacquisition）和P碼（P-precision）兩種。GPS時(shí)間：GPS衛(wèi)星時(shí)間系統(tǒng)采用的時(shí)間基準(zhǔn)，以主控站的高精度原子鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)。GPS衛(wèi)星：每顆重約845kg，圓柱形，直徑約1.5m，工作壽命約為5～7年。精品資料2、地面站GPS的地面站分為主控站、監(jiān)測(cè)站（跟蹤站）、注入站。（1）主控站一個(gè)，美國(guó)科羅拉多州的斯普林斯綜合航天中心，作用：控制所有地面站的工作；產(chǎn)生GPS的標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)時(shí)間信號(hào)；編制衛(wèi)星星歷、軌道參數(shù)、電離層延時(shí)改正、更新衛(wèi)星等。（2）監(jiān)測(cè)站有5個(gè)，科羅拉多的斯普林斯、太平洋的夏威夷、馬紹爾群島的夸賈林島、印度洋的迪戈加西亞島、南大西洋的阿森松島。作用：跟蹤每一顆衛(wèi)星，收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，送到主控站。精品資料（3）注入(zhùrù)站4個(gè)，美國(guó)的科得角、南大西洋的阿森松島、太平洋的夸賈林島和印度洋的迪戈加西亞島。作用：每隔8小時(shí)向每顆衛(wèi)星注入(zhùrù)一次新的導(dǎo)航信息。精品資料GPS導(dǎo)航儀按其功能分為Z型導(dǎo)航儀、Y型導(dǎo)航儀和X型導(dǎo)航儀。Z型，只能接收CA碼信號(hào)，適用于速度(sùdù)較慢的民用船舶。Y型，接收CA碼和P碼信號(hào)，適用于航空和軍用船舶。X型，接收CA碼和P碼信號(hào)，適用于軍用飛機(jī)和船舶。精品資料圖8-13GPS定位(dìngwèi)原理圖精品資料1、GPS導(dǎo)航儀組成及作用（1）接收天線GPS導(dǎo)航儀的接收天線是長(zhǎng)約20cm的圓柱形，是一種有源天線，安裝在主桅一定的高度位置。用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)。（2）本機(jī)本機(jī)是一臺(tái)GPS導(dǎo)航儀的主體部分，由電路(diànlù)元器件（數(shù)據(jù)輸入、信號(hào)放大處理、解碼、數(shù)據(jù)測(cè)量計(jì)算、數(shù)據(jù)顯示等），數(shù)據(jù)顯示屏幕和操作鍵盤等組成。主要作用是輸入數(shù)據(jù)、對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大處理、解碼、測(cè)量計(jì)算、顯示數(shù)據(jù)等。（3）電源GPS的電源部分由變壓器和有關(guān)電子器件組成，其作用是將船電轉(zhuǎn)換為天線和本機(jī)各部分所需要的電源。有的型號(hào)GPS導(dǎo)航儀的電源部分電子器件，直接安放在本機(jī)內(nèi)。精品資料2、GPS導(dǎo)航儀啟動(dòng)方式GPS導(dǎo)航儀開機(jī)方式一般分為冷啟動(dòng)、熱啟動(dòng)和重新啟動(dòng)三種。（1）冷啟動(dòng)定義：一臺(tái)導(dǎo)航儀安裝后第一次開機(jī)使用，或停機(jī)3個(gè)月以上（有的導(dǎo)航儀6個(gè)月以上）時(shí)再次開機(jī)，或停機(jī)后位置變化100英里以上（有的導(dǎo)航儀位置變化600nmile以上）時(shí)再次開機(jī)，稱為冷啟動(dòng)。方法：導(dǎo)航儀須進(jìn)行初始化輸入，即需要輸入推算船位經(jīng)緯度、時(shí)間、天線高度、HDOP等數(shù)據(jù)(shùjù)后，導(dǎo)航儀需要搜索衛(wèi)星，重新收集歷書，約30min后，才開始自動(dòng)定位。冷啟動(dòng)輸入時(shí)間的誤差不應(yīng)超過(guò)15min（有的導(dǎo)航儀要求不超過(guò)1h），輸入船位經(jīng)緯度的誤差不應(yīng)超過(guò)1°（有的導(dǎo)航儀要求不超過(guò)10°）。若HDOP數(shù)值范圍為00~99，二維定位（船舶定位）時(shí)，一般設(shè)定為10。

精品資料（2）熱啟動(dòng)定義：GPS導(dǎo)航儀關(guān)機(jī)后，位置變化不超過(guò)100英里（有的導(dǎo)航儀不超過(guò)600nmile）時(shí)或關(guān)機(jī)日期不超過(guò)3個(gè)月（有的導(dǎo)航儀不超過(guò)6個(gè)月）時(shí)，且導(dǎo)航儀內(nèi)保存有衛(wèi)星星歷時(shí)的啟動(dòng)稱為導(dǎo)航儀的熱啟動(dòng)。方法：不需要向?qū)Ш絻x輸入初始數(shù)據(jù)。接通電源后，最多不超過(guò)20min就可以自動(dòng)定位。（3）日常啟動(dòng)定義：船舶(chuánbó)在航行或停泊時(shí)，GPS導(dǎo)航儀關(guān)機(jī)后再啟動(dòng)，稱為導(dǎo)航儀的日常啟動(dòng)。方法：不需初始化輸入。是GPS導(dǎo)航儀經(jīng)常的開機(jī)方式，開機(jī)后馬上就可以自動(dòng)定位。精品資料3、GPS導(dǎo)航儀主要功能（1）船位計(jì)算和顯示(xiǎnshì)功能每隔3s~5s更新一次船位，顯示(xiǎnshì)的船位分為GPS船位和DR（deadreckoning）船位。當(dāng)設(shè)定的HDOP<定位的HDOP時(shí)，顯示(xiǎnshì)DR船位。當(dāng)設(shè)定的HDOP>定位的HDOP時(shí)，顯示(xiǎnshì)GPS船位。（2）導(dǎo)航功能計(jì)算顯示(xiǎnshì)航向、航速；具有偏航報(bào)警和到達(dá)報(bào)警的音響和圖示；計(jì)算顯示(xiǎnshì)風(fēng)流壓差；標(biāo)繪航跡和航路點(diǎn)。（3）航線設(shè)計(jì)功能可輸入存儲(chǔ)10條以上航線（route），每條航線可以設(shè)定10航路點(diǎn)（waypiont）。計(jì)算顯示(xiǎnshì)到某一航路點(diǎn)的航向、距離、到達(dá)時(shí)間等。

精品資料（4）存儲(chǔ)導(dǎo)航信息可以存儲(chǔ)10個(gè)以上重要(zhòngyào)航路點(diǎn)（event），計(jì)算航程等。（5）顯示和預(yù)報(bào)衛(wèi)星的有關(guān)信息顯示用于定位的衛(wèi)星編號(hào)（SANO）、仰角（ELV）、方位角（AZL）、HDOP、信噪比（S/N）等?？梢灶A(yù)報(bào)未來(lái)衛(wèi)星升出地平線的時(shí)間，編號(hào)、仰角、方位角等信息。精品資料4、GP-500型導(dǎo)航儀的操作使用GP-500型導(dǎo)