GPS系統(tǒng)組成及信號(hào)

1、第第4 4章章GPSGPS系統(tǒng)組成及信號(hào)系統(tǒng)組成及信號(hào)本章內(nèi)容本章內(nèi)容v 4.1 GPS4.1 GPS的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成v 4.2 GPS4.2 GPS的信號(hào)結(jié)構(gòu)的信號(hào)結(jié)構(gòu)v 4.3 4.3 美國(guó)政府美國(guó)政府GPSGPS政策政策4.1 4.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成v GPS GPS的空間部分的空間部分v GPS GPS的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成v 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分4.1.1 GPS4.1.1 GPS的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成GPSGPS系統(tǒng)由系統(tǒng)由空間部分空間部分、地面控制部分地面控制部分和和用用戶設(shè)備部分戶設(shè)備部分等三部等三部分組成分組成4.1.2 GPS4.1.2 GPS的空間部分的空間部分vG

2、PS衛(wèi)星星座 6 6個(gè)軌道面，平均軌道高度個(gè)軌道面，平均軌道高度20200km20200km，軌道傾角，軌道傾角55 55 ，周期，周期11h 11h 58min58min設(shè)計(jì)星座：設(shè)計(jì)星座：21+321+3 21 21顆正式的工作衛(wèi)星顆正式的工作衛(wèi)星+3+3顆活顆活動(dòng)的備用衛(wèi)星動(dòng)的備用衛(wèi)星 保證在保證在2424小時(shí)，在小時(shí)，在高度角高度角1515 以以上，能夠同時(shí)觀測(cè)到上，能夠同時(shí)觀測(cè)到4 4至至8 8顆衛(wèi)星顆衛(wèi)星當(dāng)前星座：當(dāng)前星座：2828顆顆類型類型 試驗(yàn)衛(wèi)星：試驗(yàn)衛(wèi)星：Block Block 工作衛(wèi)星：工作衛(wèi)星：Block Block Block Block Block A Block

3、 A Block R Block R Block F Block F（新一代的（新一代的GPSGPS衛(wèi)星）衛(wèi)星）v GPS衛(wèi)星v 作用： 發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號(hào) 其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測(cè)核暴等。 主要設(shè)備：原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）、信號(hào)生成與發(fā)射裝置v 第一代衛(wèi)星現(xiàn)已停止工作。v 第二代衛(wèi)星用于組成GPS工作衛(wèi)星星座，通常稱為GPS工作衛(wèi)星。Block A的功能比Block 大大增強(qiáng)，表現(xiàn)在軍事功能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。Block 只能存儲(chǔ)供45天用的導(dǎo)航電文，而B(niǎo)lock A則能夠存儲(chǔ)供180天用的導(dǎo)航電文，以確保在特殊情況下使用GPS衛(wèi)星。 第三代衛(wèi)星尚在設(shè)計(jì)中，以取代第二代衛(wèi)第三代衛(wèi)星尚

4、在設(shè)計(jì)中，以取代第二代衛(wèi)星，改善全球定位系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：可對(duì)自己星，改善全球定位系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：可對(duì)自己進(jìn)行自主導(dǎo)航；每顆衛(wèi)星將使用星載處理器，進(jìn)行自主導(dǎo)航；每顆衛(wèi)星將使用星載處理器，計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)的修正值，改善導(dǎo)航精度，增強(qiáng)計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)的修正值，改善導(dǎo)航精度，增強(qiáng)自主能力和生存能力。椐報(bào)道，該衛(wèi)星在沒(méi)有自主能力和生存能力。椐報(bào)道，該衛(wèi)星在沒(méi)有與地面聯(lián)系的情況下可以工作與地面聯(lián)系的情況下可以工作6 6個(gè)月，而其精個(gè)月，而其精度可與有地面控制時(shí)的精度相當(dāng)。度可與有地面控制時(shí)的精度相當(dāng)。Block 衛(wèi)星衛(wèi)星Block 衛(wèi)星衛(wèi)星Block R衛(wèi)星衛(wèi)星GPS衛(wèi)星星座（衛(wèi)星星座（ =35 ， =90 ）4

5、.1.3 4.1.3 地面監(jiān)控部分地面監(jiān)控部分vGPS的地面控制部分（地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)） 組成：主控站（1個(gè)）、跟蹤站（5個(gè)）和注入站（3個(gè)） 作用：監(jiān)測(cè)和控制衛(wèi)星運(yùn)行，編算衛(wèi)星星歷（導(dǎo)航電文），保持系統(tǒng)時(shí)間。主控站主控站監(jiān)控站監(jiān)控站監(jiān)控站監(jiān)控站注入站注入站/監(jiān)控站監(jiān)控站注入站注入站/監(jiān)控站監(jiān)控站注入站注入站/監(jiān)控站監(jiān)控站地面監(jiān)控系統(tǒng)工作流程地面監(jiān)控系統(tǒng)工作流程v主控站（1 1個(gè)）個(gè)）作用： 收集各檢測(cè)站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)； 通過(guò)注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令； 衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。地點(diǎn)：美國(guó)克羅拉多州法爾孔空軍基地。v跟蹤站（跟蹤站（5 5個(gè)）個(gè)）作用：接收衛(wèi)

6、星數(shù)據(jù)，采集氣象信息， 并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。地點(diǎn)：夏威夷、主控站及三個(gè)注入站。v注入站（注入站（3 3個(gè)）個(gè)）作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點(diǎn)：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）。4.1.3 4.1.3 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分v用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分 - GPS- GPS信號(hào)接收機(jī)及相關(guān)設(shè)信號(hào)接收機(jī)及相關(guān)設(shè)備備接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的設(shè)備多數(shù)采用石英鐘GPS接收機(jī):能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)的衛(wèi)星信號(hào)接收設(shè)備(1) (1) 導(dǎo)航型接收機(jī)導(dǎo)航型接收機(jī) 此類型接收機(jī)主要用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，它可以實(shí)時(shí)給出載體的位置和速度。單點(diǎn)實(shí)時(shí)定

7、位精度較低，一般為25m,有SA影響時(shí)為100m。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，此類接收機(jī)可以進(jìn)一步分為：1.1.按接收機(jī)的用途分類可分為：按接收機(jī)的用途分類可分為： 車(chē)載型用于車(chē)輛導(dǎo)航定位； 航海型用于船舶導(dǎo)航定位； 航空型用于飛機(jī)導(dǎo)航定位。由于飛機(jī)運(yùn)行速度快，因此，在航空用的接收機(jī)要求能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)。 星載型用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)7公里/秒以上，因此對(duì)接收機(jī)的要求更高。 (2) (2) 測(cè)地型接收機(jī)測(cè)地型接收機(jī) 測(cè)地型接收機(jī)主要用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。這類儀器主要采用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。(3) (3) 授時(shí)型接收機(jī)授時(shí)型接收機(jī)

8、這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，常用于天文臺(tái)及無(wú)線電通訊中時(shí)間同步。2.2.按接收機(jī)的載波頻率分類按接收機(jī)的載波頻率分類(1) (1) 單頻接收機(jī)單頻接收機(jī) 單頻接收機(jī)只能接收L1載波信號(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（Yv方法技術(shù)：軌道加繞（長(zhǎng)周期，慢變化）技術(shù)：星鐘加繞（高頻抖動(dòng)，短周期，快變化）已于2000年5月1日取消4.3.3 GPS4.3.3 GPS現(xiàn)代化現(xiàn)代化v提高信號(hào)質(zhì)量v在L2上增加C/A碼v增加第三民用頻率L5v增加2個(gè)軍用碼：M1，M2v局部關(guān)閉思考題思考題1 1、GPSGPS由哪幾部分組成，各部分的功能是什么？由哪幾部分組成，各部分的功能是什么？2 2、GPSGPS信號(hào)包括哪些成分？信號(hào)包括哪些成分？3 3、什么是偽隨機(jī)噪聲碼，它有什么特性？、什么是偽隨機(jī)噪聲碼，它有什么特性？4 4、采用測(cè)距碼測(cè)距，有哪些優(yōu)點(diǎn)？、采用測(cè)距碼測(cè)距，有哪些優(yōu)點(diǎn)？5 5、什么是偽距？、什