LIS2(5)物流信息系統(tǒng)中的GPS技術(shù)課件

2.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)EDI技術(shù)條形碼技術(shù)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)射頻技術(shù)MRP與DRP技術(shù)（另講）自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（另講）CRM-客戶關(guān)系管理2.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要內(nèi)容12.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)2.5.2GPS的應(yīng)用2.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2.5.6GPS定位誤差2.5.7GPS用戶設(shè)備2.5.8差分GPS系統(tǒng)2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS2.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)2

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航是利用人造地球衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航,相當(dāng)于把導(dǎo)航臺(tái)搬到天上。導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)（NavstarGlobalPositioningSystem），簡(jiǎn)稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)，全天候?yàn)楹Ｉ?、陸上、空中、空間的用戶連續(xù)地提供高精度的位置、速度和時(shí)間信息，并且有良好的抗干擾和保密性能，對(duì)導(dǎo)航定位、大地測(cè)量，以及精密授時(shí)等均具有重要意義。2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)3GPS系統(tǒng)有21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌的備用衛(wèi)星，它們平均配置在六個(gè)軌道上。衛(wèi)星發(fā)射用偽隨機(jī)碼（偽碼）調(diào)制的兩種頻率；L1＝1575.42MHZ,L2＝1227.6MHZ。用戶設(shè)備用測(cè)量到幾顆衛(wèi)星的距離的方法，來(lái)確定觀察點(diǎn)的位置。GPS系統(tǒng)能連續(xù)提供三維位置（經(jīng)度、緯度、高度）、三維速度和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位。雙頻發(fā)射是為了供用戶設(shè)備消除電離層對(duì)傳播的影響。

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)GPS系統(tǒng)有21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌的備用衛(wèi)星，它們平4偽碼有P碼、C／A碼、Y碼三種。P碼信號(hào)，定位精度高，保密性好，僅供美軍和特許用戶使用，實(shí)時(shí)定位精度優(yōu)于16米，測(cè)速精度優(yōu)于0.l米／秒，授時(shí)精度優(yōu)于0.1微秒。C／A碼信號(hào)供一般用戶使用，定位精度可達(dá)20～40米。

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)偽碼有P碼、C／A碼、Y碼三種。2.5.1GPS5P碼的精度高，但編制P碼的方程式早已公開(kāi)。美國(guó)計(jì)劃在必要時(shí)要實(shí)施A—S（Anti－spoofing反電子欺騙）政策，將P碼加密編譯成Y碼，Y碼的編制方程式嚴(yán)格保密。Y碼用于有潛在威脅的軍事環(huán)境中。如敵方播發(fā)一種精度降低的假P碼信號(hào)，企圖欺騙GPS用戶設(shè)備錯(cuò)誤的跟蹤它，裝有選擇Y碼用的附加輸出芯片的P碼接收機(jī)，不接受這種假信號(hào)，有效地防止電子欺騙。A—S可以接通或關(guān)閉。民間使用上為了能獲得更好的定位精度，已經(jīng)相繼采取了一些措施。例如，C／A碼采用差分GPS技術(shù)，可以達(dá)到米級(jí)的定位精度；供測(cè)地用的采用無(wú)碼技術(shù)的用戶設(shè)備，可以達(dá)到厘米級(jí)的相對(duì)定位精度。

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)P碼的精度高，但編制P碼的方程式早已公開(kāi)。美國(guó)計(jì)劃在必要時(shí)62.5.2GPS的應(yīng)用一、海上應(yīng)用—導(dǎo)航等二、陸地——定位、測(cè)距、車輛導(dǎo)航三、空中和空間應(yīng)用（一）空中應(yīng)用1、航路導(dǎo)航由于GPS具有全球覆蓋、全天候、高精度和動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。它可以直接用于飛機(jī)的航路導(dǎo)航。由于它不依靠地面導(dǎo)航臺(tái)，因而能適合于邊遠(yuǎn)、荒漠、海上、極區(qū)等空域的飛行，并可實(shí)施直飛航線或隨機(jī)航線，增加飛行靈活性2.5.2GPS的應(yīng)用一、海上應(yīng)用—導(dǎo)航等72、進(jìn)近著陸利用差分GPS能達(dá)到進(jìn)近著陸的精度要求，因而能取代儀表著陸系統(tǒng)（ILS）和微波著陸系統(tǒng)（MLS）。3、機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)面活動(dòng)管理當(dāng)飛機(jī)和場(chǎng)面活動(dòng)的車輛都裝有GPS接收機(jī)和直接向塔臺(tái)報(bào)位的通信線路后，可以監(jiān)視和調(diào)動(dòng)所有場(chǎng)面活動(dòng)的飛機(jī)和車輛。4、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視GPS接收機(jī)的定位數(shù)據(jù)可以為自動(dòng)相關(guān)監(jiān)控提供每架飛機(jī)的位置報(bào)告給地面管制部門，在其顯示器上呈現(xiàn)和雷達(dá)監(jiān)視相當(dāng)?shù)目罩薪煌ɑ顒?dòng)圖像，以便實(shí)施管制。

2.5.2GPS的應(yīng)用2、進(jìn)近著陸2.5.2GPS的應(yīng)用82.5.2GPS的應(yīng)用（二）空間應(yīng)用1、對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和制導(dǎo)導(dǎo)彈裝上GPS接收設(shè)備，可以測(cè)出飛行彈道。此外，還可用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)，使導(dǎo)彈（或炸彈）不僅可以低空攻擊目標(biāo)，高空攻擊目標(biāo)亦有很高的命中精度。2、確定空間運(yùn)載體的軌道航天飛機(jī)、軌道衛(wèi)星等空間運(yùn)載體上裝備GPS接收機(jī)，可以精確確定自身的軌道位置。2.5.2GPS的應(yīng)用（二）空間應(yīng)用92.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率該系統(tǒng)由地面支持網(wǎng)、空中衛(wèi)星群和用戶設(shè)備三個(gè)子系統(tǒng)組成。

2.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率該系統(tǒng)由地面支持網(wǎng)、101、地面支持網(wǎng)：監(jiān)控衛(wèi)星并根據(jù)測(cè)算結(jié)果向衛(wèi)星提供時(shí)間改正參數(shù)、衛(wèi)星星歷等資料。2、空中衛(wèi)星群：衛(wèi)星接收來(lái)自地面站的信息，并向用戶發(fā)射以C／A碼和P碼調(diào)制的、帶有時(shí)間信息和衛(wèi)星星歷等導(dǎo)航參數(shù)的1575．42MHz和1227．60MHz兩種載波頻率的信號(hào)。3、用戶設(shè)備：接收衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)間信號(hào)和衛(wèi)星軌道信息，求得衛(wèi)星位置，利用時(shí)間信號(hào)和偽碼相關(guān)測(cè)量衛(wèi)星到測(cè)者的偽距，并由計(jì)算機(jī)解算用戶位置、速度等參數(shù)。2.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率1、地面支持網(wǎng)：監(jiān)控衛(wèi)星并根據(jù)測(cè)算結(jié)果向衛(wèi)星提供時(shí)間改正參數(shù)112.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)由五個(gè)監(jiān)測(cè)站、一個(gè)主控站和四個(gè)注入站組成。監(jiān)測(cè)站收集衛(wèi)星及當(dāng)?shù)貧庀筚Y料送給主控站。主控站根據(jù)這些資料計(jì)算衛(wèi)星軌道等導(dǎo)航信息，然后由注入站每隔8h向衛(wèi)星發(fā)送一次，更新衛(wèi)星資料，以便衛(wèi)星向用戶設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)航信息。2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)由122.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)圖2地面臺(tái)站設(shè)置2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)圖2地面臺(tái)站設(shè)置13一、監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)站（MS）有5個(gè)，分別設(shè)在太平洋的夏威夷、科羅拉多的斯普林斯、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等。每個(gè)監(jiān)測(cè)站有一臺(tái)用戶接收機(jī)，若干臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器，一架原子鐘和一臺(tái)計(jì)算機(jī)信息處理機(jī).它的任務(wù)是對(duì)所有視見(jiàn)衛(wèi)星每1.5s測(cè)量一次距離數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)導(dǎo)航信息；收集當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣象數(shù)據(jù)；（通過(guò)環(huán)境傳感器收集當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，為了計(jì)算對(duì)流層校正數(shù)據(jù)）.監(jiān)測(cè)站的計(jì)算機(jī)控制所有數(shù)據(jù)的收集，并將得到的數(shù)據(jù)存貯，然后把這些數(shù)據(jù)送到主控站。2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)一、監(jiān)測(cè)站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)14二、主控站主控站（MSC）設(shè)在美國(guó)科羅拉多州斯普林斯的聯(lián)合空間工作中心。它負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)控制部分的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)行全面的控制。具體任務(wù)是：提供GPS系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)；處理由各監(jiān)控站送來(lái)的數(shù)據(jù)；編制各衛(wèi)星的星歷；計(jì)算各衛(wèi)星鐘的偏差和電離層校正參數(shù)等，然后把不斷更新的導(dǎo)航信息送到注入站再轉(zhuǎn)發(fā)給衛(wèi)星。

監(jiān)測(cè)站每6秒鐘將其所測(cè)得的衛(wèi)星距離信息和氣象數(shù)據(jù)發(fā)送給主控站，主控站對(duì)測(cè)量結(jié)果中各種已知的偏差如電離層延時(shí)，對(duì)流層折射等進(jìn)行修正；然后進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理,得到衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度、衛(wèi)星的時(shí)鐘偏差等估值：然后按一定格式轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航電文送入注入站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)二、主控站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)15三、注入站目前注入站有4個(gè)，分別位于美國(guó)的科得角，南大西洋的阿森松島，印度洋的迪戈加西亞島和太平洋的馬紹爾群島的夸賈林島。注入站為主控站和衛(wèi)星之間提供接口關(guān)系。它用1754MHz—1854MHz的頻率向衛(wèi)星注入有關(guān)數(shù)據(jù)。注入數(shù)據(jù)有用戶導(dǎo)航信息（包括時(shí)鐘校正參數(shù)、大氣校正參數(shù)）、衛(wèi)星星歷及全部歷書數(shù)據(jù)。

2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)三、注入站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)162.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS系統(tǒng)空中衛(wèi)星群由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成。它們接收地面站發(fā)送來(lái)的星鐘修正參數(shù)、電離層校正參數(shù)等導(dǎo)航信息，為用戶提供精密和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)。

一、衛(wèi)星星座

GPS衛(wèi)星網(wǎng)為21顆衛(wèi)星星座布局，它包括24個(gè)衛(wèi)星位置，等間隔分布在6個(gè)軌道平面，軌道傾角為55度，兩個(gè)軌道在經(jīng)度上相隔600。每一軌道面上有4顆衛(wèi)星。如圖3所示。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS系統(tǒng)空中衛(wèi)17衛(wèi)星星座衛(wèi)星群空間結(jié)構(gòu)2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理18

衛(wèi)星在高約20183km的近圓軌道上運(yùn)行，周期約12h。每顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)行兩圈時(shí)，地球恰好繞其軸轉(zhuǎn)一周。這樣，每顆衛(wèi)星每一恒星日有1～2次通過(guò)地球上同一地點(diǎn)的上空。每一顆衛(wèi)星每天至少一次通過(guò)一個(gè)地面控制站的上空，因此控制站可全部設(shè)在美國(guó)國(guó)內(nèi)。同時(shí)，地球上任一地方用戶任一時(shí)刻至少可看到仰角5度以上的4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星姿態(tài)采用三軸穩(wěn)定方式，保證衛(wèi)星上天線的輻射口總是對(duì)準(zhǔn)地面。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理衛(wèi)星在高約20183km的近圓軌道上運(yùn)行，周期約12h。每192.5.5GPS系統(tǒng)工作原理二、衛(wèi)星提供的導(dǎo)航信息1、衛(wèi)星工作方式衛(wèi)星中裝有接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、高精度的振蕩器、導(dǎo)航電文存貯器。接收機(jī)接收地面站發(fā)送的導(dǎo)航信息，它包括衛(wèi)星星歷、歷書（衛(wèi)星的概略坐標(biāo)）、衛(wèi)星時(shí)鐘和電離層校正參數(shù)等，同時(shí)還接收地面站發(fā)送的控制指令。衛(wèi)星上時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率f0=10.23MHZ，它是衛(wèi)星上各種頻率的同步信號(hào)。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理二、衛(wèi)星提供的導(dǎo)航信息20P碼的碼頻率等于f0，C／A碼的碼頻率為f0/10，載波頻率f1=154f0,f2=120f0.2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理P碼的碼頻率等于f0，C／A碼的碼頻率為f0/10，載21載波L1用P碼、C／A碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相位調(diào)制。載波L2只用P碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息調(diào)制.C／A碼是一種偽隨機(jī)噪聲碼序列，其頻率為1.023MHz，周期1ms。它是一種短碼，易于捕獲。不同的衛(wèi)星分配了不同結(jié)構(gòu)的C/A碼。P碼也是一種偽隨機(jī)噪聲碼序列。其頻率為10.23MHz，周期約267天。實(shí)際上使用的P碼周期為7天。不同結(jié)構(gòu)的P碼分配給不同的衛(wèi)星，在一星期內(nèi)，各衛(wèi)星的P碼不重復(fù)。P碼是一種長(zhǎng)期的精確碼，它難以捕獲。通常先捕獲C／A碼，然后使用導(dǎo)航電文中含有的交接碼轉(zhuǎn)到P碼。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理載波L1用P碼、C／A碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相位調(diào)制。載波L2222、衛(wèi)星導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文是衛(wèi)星提供給用戶的信息，它包括衛(wèi)星狀態(tài)、衛(wèi)星星歷、電離層修正參數(shù)和衛(wèi)星鐘偏差校正參數(shù)以及時(shí)間等內(nèi)容。圖6是導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)示意圖。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2、衛(wèi)星導(dǎo)航電文2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理23(一)導(dǎo)航電文及其格式導(dǎo)航電文是二進(jìn)制文件，它是按一定格式組成數(shù)據(jù)幀，按幀向外播送。每幀導(dǎo)航電文由5個(gè)子幀組成。第1、2、3幀播放該衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘修正參數(shù)，其內(nèi)容每小時(shí)更新一次。第4、5幀播放所有空中GPS衛(wèi)星的歷書（衛(wèi)星的概略坐標(biāo)），完整的歷書占25幀。每個(gè)子幀含有10個(gè)字，每個(gè)字占30bit.2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理(一)導(dǎo)航電文及其格式2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理24(二)導(dǎo)航電文內(nèi)容導(dǎo)航電文中各子幀的格式見(jiàn)下圖2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理(二)導(dǎo)航電文內(nèi)容2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理251.TEL：遙測(cè)碼每個(gè)子幀的第一個(gè)字碼為遙測(cè)字（TEL）它指明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，由星載設(shè)備產(chǎn)生，遙測(cè)字開(kāi)頭8個(gè)碼位作捕獲導(dǎo)航數(shù)據(jù)的前導(dǎo)；隨后14個(gè)bit是遙測(cè)電文，內(nèi)容包括地面注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，診斷信息等，指導(dǎo)用戶是否選用該衛(wèi)星。2.HOW:轉(zhuǎn)換碼每個(gè)子幀的第二個(gè)字碼為轉(zhuǎn)換碼.它可以輔助用戶從捕獲的C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼.3.導(dǎo)航信息:每個(gè)子幀中的后8個(gè)字導(dǎo)航信息或?qū)Ｓ秒娢?由地面控制站注入給衛(wèi)星。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理1.TEL：遙測(cè)碼2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理26衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)有：

1、L1和L2兩種載波；2、C／A碼和P碼兩種偽隨機(jī)碼；3、導(dǎo)航電文（包括時(shí)間信號(hào)、衛(wèi)星軌道資料、電波傳播修正參數(shù)和衛(wèi)星鐘校正參數(shù)、歷書）。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)有：2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理272.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS基本工作原理GPS接收機(jī)接收來(lái)自衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，利用星歷資料計(jì)算衛(wèi)星位置;利用偽隨機(jī)碼或載波相位測(cè)量測(cè)者到衛(wèi)星的距離，最后解算導(dǎo)航方程求測(cè)者位置的經(jīng)緯度。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS基本工作原理282.5.5GPS系統(tǒng)工作原理一、測(cè)時(shí)間差求距離GPS中，測(cè)量者到衛(wèi)星的距離是通過(guò)測(cè)電波從衛(wèi)星發(fā)射到被用戶接收機(jī)接收的時(shí)間間隔來(lái)確定的，即根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間與電波傳播速度的乘積來(lái)求得。而衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的C／A碼或P碼與用戶接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的同類碼相關(guān)所需要的相移來(lái)求得。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理一、測(cè)時(shí)間差求距離291、偽碼測(cè)距原理

如圖8所示，上一行是接收到的衛(wèi)星偽碼信號(hào)，下一行是接收機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)，它的格式與衛(wèi)星的偽碼相同，由接收到的衛(wèi)星偽碼信號(hào)相對(duì)于接收機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)的延遲量，就可得衛(wèi)星與用戶接收機(jī)之間的距離。這種未經(jīng)修正的距離稱為偽距。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理1、偽碼測(cè)距原理2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理302、偽碼測(cè)距方法如圖9所示，被接收、檢測(cè)和放大的偽隨機(jī)序列與接收機(jī)產(chǎn)生的偽碼序列通常是不同步的，本機(jī)的偽碼在時(shí)鐘的控制下逐步地移動(dòng)，直到接收的和本機(jī)的偽碼信號(hào)同步，則相關(guān)器輸出控制信號(hào)停止本機(jī)偽碼的移動(dòng)，并將測(cè)得的時(shí)間信息提供給計(jì)算機(jī)。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2、偽碼測(cè)距方法2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理31

圖10示出了相關(guān)接收的一個(gè)例子，第2行是接收來(lái)自衛(wèi)星的10個(gè)碼元信號(hào)，第3行是本機(jī)產(chǎn)生的偽碼序列的10個(gè)碼元。當(dāng)接收的偽碼信號(hào)與本機(jī)偽碼信號(hào)不同步時(shí)，在時(shí)鐘控制下，本機(jī)偽碼序列右移，直到第4行所示狀態(tài)，即同步，此時(shí)相關(guān)器輸出高電平停止本機(jī)偽碼的移動(dòng)。測(cè)得的時(shí)間差是5個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間，每個(gè)碼元為1s，共5s。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理圖10示出了相關(guān)接收的一個(gè)例子，第2行是接收來(lái)自衛(wèi)星的1032二、衛(wèi)星定位算法

1、導(dǎo)航方程自相關(guān)測(cè)量衛(wèi)星發(fā)送的偽碼和本機(jī)產(chǎn)生的偽碼間差值而得到的距離，并不是測(cè)者到衛(wèi)星的真實(shí)距離，許多因素使它帶有不同性質(zhì)的誤差，影響較大的有衛(wèi)星鐘差、用戶鐘差、電波傳播誤差等。這些誤差嚴(yán)重地影響衛(wèi)星的定位精度，必須盡可能予以修正。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理二、衛(wèi)星定位算法2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理33（1）GPS時(shí)間系統(tǒng)原子時(shí)是以銫原子133基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷所輻射的電波振蕩周期為基礎(chǔ)的時(shí)間系統(tǒng)。起始?xì)v元為1958年1月1日0點(diǎn)。原子時(shí)穩(wěn)定、均勻、至今未見(jiàn)變化。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC是以原子秒為單位，GPS時(shí)是一種連續(xù)的、高精度的、均勻的時(shí)間系統(tǒng)，它以原子秒為單位，時(shí)間間隔為一周即604880s）。它開(kāi)始和結(jié)束在每周星期六和星期日之間的子夜零點(diǎn)時(shí)刻。GPS時(shí)起點(diǎn)1980年1月6日UTC的零點(diǎn)。它常用自起點(diǎn)以后的周數(shù)、日數(shù)、GPS秒來(lái)表示時(shí)間。GPS時(shí)間計(jì)量是通過(guò)Z計(jì)數(shù)（從每個(gè)星期日的零時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，）進(jìn)行的，利用Z計(jì)數(shù)器可以較快地捕獲P碼。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理（1）GPS時(shí)間系統(tǒng)2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理34（2）鐘差GPS時(shí)間是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。它在導(dǎo)航電文的交換字中每6s向用戶發(fā)送一次。由于1ns即s的誤差將導(dǎo)致距離誤差0．3m，所以整個(gè)系統(tǒng)要求嚴(yán)格與主控站的原子鐘同步。通常衛(wèi)星鐘和用戶鐘都有誤差。衛(wèi)星鐘差可根據(jù)導(dǎo)航電文確定。用戶鐘差可在導(dǎo)航解算過(guò)程中獲得。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理（2）鐘差2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理35(3)電波傳播誤差該誤差主要由電離層和對(duì)流層對(duì)電波的影響造成的。a．電離層的影響地球上方50km到1000km區(qū)域的大氣層，由于受太陽(yáng)紫外線等影響而電離成自由電子和離子，形成密度隨晝夜、季節(jié)、地磁緯度及太陽(yáng)活動(dòng)情況變化的電離層。當(dāng)電波穿越該區(qū)域時(shí)，將受到非線性傳播性能的影響。衛(wèi)星導(dǎo)航電文中，子幀1和子幀5提供了一些參數(shù)供校正電離層附加延時(shí)用，還有利用偽碼和相位測(cè)量、不同測(cè)量值線性組合，差分方法等來(lái)消除電離層的影響。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理(3)電波傳播誤差2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理36b．對(duì)流層影響電波經(jīng)過(guò)對(duì)流層時(shí)，受氣溫、氣壓、濕度、仰角等因素影響也會(huì)產(chǎn)生傳播附加延遲。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，衛(wèi)星位于天頂時(shí)，其誤差約2.3m，衛(wèi)星仰角為10度時(shí)，其誤差可達(dá)20m。由于對(duì)流層造成的誤差與衛(wèi)星仰角有關(guān)，低仰角時(shí)電波通過(guò)對(duì)流層的路徑長(zhǎng)，誤差大，所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選擇仰角大于50的衛(wèi)星

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理b．對(duì)流層影響2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理37（4）測(cè)距方程圖12示出了衛(wèi)星距離測(cè)量中影響測(cè)距精確的因素。偽距測(cè)量值是用測(cè)得的衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)和用戶接收機(jī)收到信號(hào)的時(shí)間差t與電波速度C來(lái)描述的，可寫為下列表達(dá)式：2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理（4）測(cè)距方程2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理38Ri=Ri+ctAi+c(tu-tui)式中：Ri——偽距；Ri——真實(shí)距離；c——電磁波傳播速度；tui——衛(wèi)星鐘差；tu——用戶鐘差；tAi——傳播延遲和其它誤差。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理Ri=Ri+ctAi+c(tu-tui)2.5.539經(jīng)修正衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層等系統(tǒng)誤差后，剩余誤差作為隨機(jī)誤差:Rp=R+T+V（2）式中：Rp—測(cè)量的距離R——測(cè)者到衛(wèi)星的實(shí)際距離T—用戶鐘差對(duì)應(yīng)的距離偏差V——隨機(jī)誤差則式（2）即為測(cè)距導(dǎo)航方程。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理經(jīng)修正衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層等系統(tǒng)誤差后，剩余誤差作為隨機(jī)402、GPS定位算法GPS衛(wèi)星定位算法很多，依據(jù)求解的未知數(shù)維數(shù)不同，有二維、三維等定位法。依據(jù)計(jì)算方法不同，有解方程組法、最優(yōu)估計(jì)法等。定位類型還有定點(diǎn)、動(dòng)點(diǎn)定位之分，差分方法和非差分法之分。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2、GPS定位算法2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理412.5.6GPS定位誤差GPS定位誤差主要來(lái)源于偽距誤差、衛(wèi)星與測(cè)者間相對(duì)幾何位置的幾何精度因子GDOP（GeometricDilutionofPrecision），以及使用不同測(cè)地坐標(biāo)系而產(chǎn)生的誤差。位置誤差與偽距誤差成正比，與測(cè)者和衛(wèi)星之間的位置關(guān)系有關(guān)。這種關(guān)系通常用幾何精度因子GDOP來(lái)描述。2.5.6GPS定位誤差42一、幾何精度因子GDOP

GDOP有下述特性：（1）它是選定4顆衛(wèi)星與測(cè)者之間幾何關(guān)系造成的位置誤差的放大倍數(shù)。當(dāng)GDOP大一倍時(shí)，位置誤差也將大一倍。（2）GDOP只與衛(wèi)星和測(cè)者的相對(duì)位置有關(guān)，與所選坐標(biāo)無(wú)關(guān)。（3）GDOP是星座設(shè)計(jì)的一個(gè)判據(jù)，即衛(wèi)星安置的位置應(yīng)能使地面測(cè)者獲得好的GDOP值。（4）定位時(shí)，選星原則就是使GDOP盡可能小，以提高定位精度。

2.5.6GPS定位誤差一、幾何精度因子GDOP2.5.6GPS定位誤差43為了取得精確的定位效果，選星時(shí)總是使GDOP盡可能減小，導(dǎo)航儀通常采用以下方法來(lái)選星。

（1）最佳GDOP法。即從仰角5度以上的星中取4顆的全部組合，分別計(jì)算GDOP值，取GDOP最小的一組星座進(jìn)行定位。此法選擇的星座最佳，但計(jì)算量大。

（2）次優(yōu)GDOP。從能收到的衛(wèi)星中先選出三顆，它們的斜距具有最大的垂直分量、北向分量和東向分量，然后再選一顆衛(wèi)星使GDOP最小。

（3）端四面體法。以測(cè)者為中心作單位球，以四顆星在球面的投影點(diǎn)為頂點(diǎn)組成一四面體。當(dāng)該四面體體積最大時(shí)，這四顆衛(wèi)星的GDOP最小，參閱圖14。2.5.6GPS定位誤差為了取得精確的定位效果，選星時(shí)總是使GDOP盡可能減小，導(dǎo)航44二、偽距測(cè)量誤差GPS系統(tǒng)中，因測(cè)量帶來(lái)的誤差，可以全部等效為偽距測(cè)量時(shí)帶來(lái)的距離誤差，稱為用戶等效測(cè)距誤差。它主要來(lái)自衛(wèi)星部分，傳播途徑和用戶設(shè)備等造成的誤差。2.5.6GPS定位誤差二、偽距測(cè)量誤差2.5.6GPS定位誤差451、星歷和星鐘的誤差由星歷所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差為星歷誤差。它主要取決于衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)的質(zhì)量，如監(jiān)測(cè)站的數(shù)量及分布；觀測(cè)值的精度；軌道計(jì)算時(shí)所用的模型及軟件等。同時(shí)還與星歷表的預(yù)報(bào)間隔有關(guān)。星鐘誤差主要取決于星上鐘的質(zhì)量，衛(wèi)星上雖然使用高精度的原子鐘，但它仍存在誤差，其系統(tǒng)性誤差可由衛(wèi)星鐘校正參數(shù)加以修正，而隨機(jī)誤差，則難于完全校正。2.5.6GPS定位誤差1、星歷和星鐘的誤差2.5.6GPS定位誤差462、大氣層傳播延遲大氣層傳播延遲，包括電離層傳播延遲和對(duì)流層傳播延遲二部分。其誤差雖經(jīng)校正，但仍殘存一部分。3、多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)是指用戶設(shè)備接收到衛(wèi)星信號(hào)不僅有直達(dá)信號(hào)，還有經(jīng)反射到達(dá)的信號(hào)，這些信號(hào)合成后，使信號(hào)特性變化，形成測(cè)量誤差。這種多路徑誤差，與用戶天線位置及其附近反射面自然特性有關(guān)。4、接收機(jī)噪聲和量化誤差用戶接收機(jī)的硬件和軟件處理信號(hào)所引起的噪聲，會(huì)在距離測(cè)量中對(duì)誤差產(chǎn)生影響。接收機(jī)測(cè)距可被量化。5、接收機(jī)通道間偏差多通道接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于各通道硬件路徑不同，會(huì)產(chǎn)生通道間偏差。2.5.6GPS定位誤差2、大氣層傳播延遲2.5.6GPS定位誤差472.5.7GPS用戶設(shè)備

1GPS用戶設(shè)備的組成

GPS用戶設(shè)備包括GPS接收機(jī)及其天線，并包括內(nèi)部配套的或外部選裝的控制顯示設(shè)備。接收機(jī)和天線是用戶設(shè)備的核心部分。它的主要功能是接收GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行處理、量測(cè)和數(shù)據(jù)輸。GPS用戶設(shè)備核心部分的主要組成如圖16所示。

2.5.7GPS用戶設(shè)備

1GPS用戶設(shè)備的組成48前置放大混頻濾波信號(hào)處理微處理器輸入輸出基準(zhǔn)振蕩外部控制顯示組件外部系統(tǒng)天線圖16GPS用戶設(shè)備的核心部分2.5.7GPS用戶設(shè)備前置混頻信號(hào)微處輸入基準(zhǔn)外部系統(tǒng)天線圖16GPS用戶設(shè)備49天

線——一般用微帶天線，它帶前置放大，采用低噪聲放大器；射頻部分——包括混頻和濾波，使其成為中頻輸出；信號(hào)處理——用于信號(hào)識(shí)別和跟蹤處理，在此測(cè)定偽距和時(shí)間，并進(jìn)行解擴(kuò)提取導(dǎo)航電文；微處理器——用于接收機(jī)的控制、數(shù)據(jù)采集和各種計(jì)算，包括選星計(jì)算、定位計(jì)算和監(jiān)測(cè)計(jì)算；輸入輸出——包括數(shù)據(jù)存貯和輸入輸出端口功能，供外部控制顯示組件和外部系統(tǒng)使用；基準(zhǔn)振蕩器——用以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率，供用戶接收機(jī)時(shí)鐘混頻，以及產(chǎn)生偽碼等用。2.5.7GPS用戶設(shè)備天線——一般用微帶天線，它帶前置放大，采用低噪聲放大502用戶接收機(jī)的類型GPS接收機(jī)可有多種不同的分類，現(xiàn)將其主要分類加以介紹。一、根據(jù)接收機(jī)的工作原理分類——碼相關(guān)型接收機(jī)；——相位型接收機(jī)；——混合型接收機(jī)。2.5.7GPS用戶設(shè)備2用戶接收機(jī)的類型2.5.7GPS用戶設(shè)備51碼相關(guān)型接收機(jī)：能夠產(chǎn)生與所測(cè)衛(wèi)星的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。工作中通過(guò)逐步相移，使接收碼與復(fù)制碼達(dá)到最大相關(guān)，以測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)天線的傳播時(shí)間。碼相關(guān)型接收機(jī)可利用C/A碼也可以利用P碼，其工作的基本條件是必須掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)。所以這種接收機(jī)也稱為有碼接收機(jī)。載波相位型接收機(jī)：是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制碼，從而獲得載波相位測(cè)量所必需的載波信號(hào)。這種接收機(jī)只利用衛(wèi)星的信號(hào)無(wú)需解碼，因而不必掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，所以也稱為無(wú)碼接收機(jī)。所謂混合型接收機(jī)，是綜合利用了相關(guān)技術(shù)和相位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它可以同時(shí)獲得碼偽距和精密的相位觀測(cè)量。2.5.7GPS用戶設(shè)備碼相關(guān)型接收機(jī)：能夠產(chǎn)生與所測(cè)衛(wèi)星的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制52二、根據(jù)接收信號(hào)通道的類型分類——平行通道接收機(jī)；——序貫通道接收機(jī)；____多路復(fù)用通道接收機(jī)。在導(dǎo)航和定位工作中，GPS接收機(jī)需要跟蹤多顆衛(wèi)星。而對(duì)于來(lái)自不同衛(wèi)星的信號(hào)，接收機(jī)必須首先將它們分離開(kāi)來(lái)，以便進(jìn)行處理，量測(cè)獲得不同衛(wèi)星信號(hào)的觀測(cè)量。GPS接收機(jī)的通道，其主要作用是將接收到的不同衛(wèi)星信號(hào)加以分離，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、處理和量測(cè)。2.5.7GPS用戶設(shè)備二、根據(jù)接收信號(hào)通道的類型分類2.5.7GPS用戶設(shè)備53平行通道接收機(jī)，即具有多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)通道，而每個(gè)通道只連續(xù)跟蹤一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的接收機(jī)。這種接收機(jī)也稱連續(xù)跟蹤型接收機(jī)。序貫通道接收機(jī)，通常只具有1～2個(gè)通道。這時(shí)為了跟蹤多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，它在相應(yīng)軟件的控制下，按時(shí)序依次對(duì)所有觀測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行量測(cè)，也稱時(shí)序式接收機(jī)。由于對(duì)所測(cè)衛(wèi)星依次量測(cè)一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間較長(zhǎng)（>20ms），所以其對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤是不連續(xù)的。多路復(fù)用通道接收機(jī)，與序貫通道接收機(jī)相似，一般也只具有1～2個(gè)通道。，在相應(yīng)軟件的控制下，按時(shí)序?qū)λ杏^測(cè)衛(wèi)星所信號(hào)進(jìn)行量測(cè)，其與序貫通道接收機(jī)的區(qū)別，主要是對(duì)所測(cè)衛(wèi)星信號(hào)量測(cè)一個(gè)循環(huán)的時(shí)間較短（≤20ms），可以保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤，所以也可以稱為快速序貫通道接收機(jī)。2.5.7GPS用戶設(shè)備平行通道接收機(jī)，即具有多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)通道，而每個(gè)通道只連續(xù)跟蹤54三、根據(jù)接收的衛(wèi)星信號(hào)的載頻和碼制分類單頻接收機(jī)（L1），CA碼，供民用；雙頻接收機(jī)（L1+L2），CA碼加L2無(wú)碼接收，供民用；雙頻接收機(jī)（L1+L2），P碼，供軍用。單頻接收機(jī)只能接收經(jīng)調(diào)制L1信號(hào)，而且只能利用CA碼。但由于修正模型尚不完善，精度較差。所以單頻接收機(jī)主要用于民間。雙頻接收機(jī)，可以同時(shí)接收L1和L2信號(hào)，和利用P碼，而且利用雙頻技術(shù)可以消除或減弱電離層折射對(duì)觀測(cè)量的影響，導(dǎo)航和定位的精度較高，一般用于軍用。今后L2信號(hào)加發(fā)CA碼后，或者加發(fā)L5民用頻率后，也可用雙頻民用接收機(jī)。2.5.7GPS用戶設(shè)備三、根據(jù)接收的衛(wèi)星信號(hào)的載頻和碼制分類2.5.7GPS用55四、根據(jù)接收機(jī)的用途分類——導(dǎo)航型；——大地型；——授時(shí)型。導(dǎo)航型接收機(jī)，主要用于確定船舶、車輛、飛機(jī)和導(dǎo)彈等運(yùn)載體的實(shí)時(shí)位置和速度，以保障這些載體按預(yù)定的路線航行。大地型接收機(jī)，主要是指適于進(jìn)行精密大地測(cè)量工作的接收機(jī)。這類接收機(jī)，一般均采用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行相對(duì)定位，精度很高，也稱測(cè)量型接收機(jī)。授時(shí)型接收機(jī)，主要用于天文臺(tái)或地面監(jiān)控站進(jìn)行時(shí)頻同步測(cè)定。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)。2.5.7GPS用戶設(shè)備四、根據(jù)接收機(jī)的用途分類2.5.7GPS用戶設(shè)備563.接收機(jī)通道概念接收機(jī)信號(hào)通道，可以理解為GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)由天線進(jìn)入接收機(jī)的“路徑”，它的主要作用是跟蹤、處理和量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)，以獲得導(dǎo)航和定位所需要的數(shù)據(jù)和信息。前已指出，當(dāng)GPS接收機(jī)的全向天線，接收到所有來(lái)自天線水平面以上的衛(wèi)星信號(hào)之后，必須首先把這些信號(hào)分離開(kāi)來(lái)，以便進(jìn)行處理和量測(cè)。這種對(duì)不同衛(wèi)星信號(hào)的分離，就是通過(guò)接收機(jī)內(nèi)若干分離信號(hào)的通道來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.5.7GPS用戶設(shè)備3.接收機(jī)通道概念2.5.7GPS用戶設(shè)備57通道是由硬件和相應(yīng)的控制軟件組成的。每個(gè)通道在某一時(shí)刻只能跟蹤一顆衛(wèi)星的一種頻率信號(hào)。當(dāng)接收機(jī)需同時(shí)跟蹤多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，原則上可能采用兩種跟蹤方式：其一是接收具有多個(gè)分離的硬件通道，每個(gè)通道都可連續(xù)地跟蹤一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)；其二是一個(gè)信號(hào)通道在相應(yīng)軟件的控制下用時(shí)分制跟蹤多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)。所以通道的類型，如果根據(jù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)的不同方式，則可分為下列三種（參見(jiàn)圖10-3-2）?！蜇炌ǖ溃⊿equencingchannel）；——多路復(fù)用通道（Multiplexingchannel）；——并行通道（Multi-channelinparallel）2.5.7GPS用戶設(shè)備通道是由硬件和相應(yīng)的控制軟件組成的。每個(gè)通道在某一時(shí)刻只能跟58根據(jù)通道的工作原理，即對(duì)信號(hào)處理和測(cè)量方法上的不同，可分為三種不同技術(shù)：碼相關(guān)技術(shù)：從接收到的載波中提取偽隨機(jī)噪聲（PRN）碼的CA碼序列后，和接收機(jī)自己生成的碼序列（或稱復(fù)制碼）對(duì)照，對(duì)復(fù)制碼用前移或后推的方法使復(fù)制碼和接收碼對(duì)齊，使信號(hào)得到捕獲和識(shí)別，在此基礎(chǔ)上可以通過(guò)測(cè)定復(fù)制碼和接收碼之間的時(shí)間差，即衛(wèi)星到用戶之間的傳播時(shí)間，而獲得偽距數(shù)據(jù)。用碼相關(guān)技術(shù)測(cè)距方法又稱碼偽距法。2.5.7GPS用戶設(shè)備根據(jù)通道的工作原理，即對(duì)信號(hào)處理和測(cè)量方法上的不同，可分為三59載波相位技術(shù)：將接收到的載波信號(hào)自乘，去掉載波上的調(diào)制碼，用以作載波相位測(cè)量。利用此法所測(cè)定的相位。載波相位技術(shù)只能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)镃A碼L1的頻率為1575.42MHz其波長(zhǎng)約19cm，如果GPS定位更新率每秒一次的話，每秒為數(shù)厘米速度的動(dòng)態(tài)用戶，就無(wú)法采用載波相位技術(shù)。碼相位技術(shù)：將接收到的載波信號(hào)與該信號(hào)延遲半個(gè)碼元寬度（487ns）的信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)帶通濾波后獲得一個(gè)其頻率與C/A碼頻率相同的1.023MHz正弦波信號(hào)。然后利用時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)量碼相位。碼相位技術(shù)只能用于低動(dòng)態(tài)測(cè)量，因?yàn)镃A碼的頻率為1.023MHz，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為293m，高動(dòng)態(tài)用戶無(wú)法利用。2.5.7GPS用戶設(shè)備載波相位技術(shù)：將接收到的載波信號(hào)自乘，去掉載波上的調(diào)制碼，用60載波相位技術(shù)和碼相位暗處都不需了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，都無(wú)法獲得衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和時(shí)間信息，雖然它們的測(cè)量精度較高，但只能用于靜態(tài)定位，很少用于動(dòng)態(tài)導(dǎo)航。航空用導(dǎo)航型GPS接收機(jī)都采用碼相關(guān)技術(shù)，但有時(shí)也可以附加碼相位技術(shù)支助，以便提高精度。所以碼相關(guān)技術(shù)使用最為普遍。2.5.7GPS用戶設(shè)備載波相位技術(shù)和碼相位暗處都不需了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，都無(wú)法獲得衛(wèi)612.5.8差分GPS系統(tǒng)

一、差分GPS技術(shù)原理在飛機(jī)進(jìn)近著陸時(shí)，飛機(jī)的定位精度應(yīng)更高，應(yīng)該不低于米級(jí)要求，為此可以采用差分GPS技術(shù)。差分GPS的技術(shù)原理為：在已知精密座標(biāo)位置的點(diǎn)上，設(shè)置GPS監(jiān)測(cè)設(shè)備（GPS基準(zhǔn)臺(tái)），用精度很高的靜態(tài)定位用的雙頻GPS接收機(jī)，天線位置上排除多徑干擾的影響，連續(xù)實(shí)時(shí)地接收GPS信號(hào)，求出誤差，按規(guī)定時(shí)間間隔確定修正量值向用戶播發(fā)。用戶利用收到的信息，使機(jī)載接收機(jī)解算中加以修正，因此能夠輸出更為正確的位置數(shù)據(jù)。2.5.8差分GPS系統(tǒng)

一、差分GPS技術(shù)原理62利用差分GPS（或稱DGPS）可以消除或減小例如星鐘誤差、星歷誤差、信號(hào)傳播延遲誤差等公共誤差，因而提高了定位精度。但用戶接收機(jī)自身的噪聲誤差，多徑干擾誤差只與自身設(shè)備有關(guān)，差分GPS技術(shù)也不能消除。差分GPS應(yīng)用中的精度和用戶相對(duì)差分基準(zhǔn)臺(tái)的距離有關(guān)，離基準(zhǔn)臺(tái)越近，則由于其公共誤差相同而精度高，離臺(tái)較遠(yuǎn)時(shí)，由于大氣傳播誤差上產(chǎn)生差異，使精度降低。因而，差分技術(shù)的應(yīng)用受到用戶與基準(zhǔn)臺(tái)之間距離的限制。所以差分GPS技術(shù)一般適用于機(jī)場(chǎng)附近的進(jìn)近著陸，并不適用于航路飛行。2.5.8差分GPS系統(tǒng)利用差分GPS（或稱DGPS）可以消除或減小例如星鐘誤差、星63二、差分GPS的類型基于相同的工作原理不同的修正方式，差分GPS分為以下類型位置差分：基準(zhǔn)臺(tái)測(cè)出位置的三維數(shù)據(jù)（經(jīng)度、緯度、高度）和基準(zhǔn)臺(tái)天線的中心標(biāo)定精密位置的三維數(shù)據(jù)相比較，得到經(jīng)度差、緯度差和高度差三個(gè)數(shù)據(jù)后，向空中廣播，飛機(jī)上收到后按此數(shù)據(jù)修正飛機(jī)位置即可。此法優(yōu)點(diǎn)為用戶只需在自己測(cè)得位置數(shù)據(jù)上修正，不必在通道接收機(jī)內(nèi)部修正，但如果用戶接收機(jī)選用于定位的四顆衛(wèi)星和基準(zhǔn)臺(tái)所選用的四顆衛(wèi)星不同，則顯然誤差各不同而導(dǎo)致不正確。當(dāng)飛機(jī)離基準(zhǔn)臺(tái)較遠(yuǎn)一些時(shí)，由于幾何位置不同，選用衛(wèi)星組合會(huì)不同，所以此法只能適用于離基準(zhǔn)臺(tái)較近的情況。2.5.8差分GPS系統(tǒng)二、差分GPS的類型2.5.8差分GPS系統(tǒng)64偽距差分：基準(zhǔn)臺(tái)測(cè)出在其可視見(jiàn)范圍內(nèi)所有衛(wèi)星的偽距數(shù)據(jù)和該點(diǎn)到衛(wèi)星之間理論算出的偽距比較求出偽距誤差，將所有衛(wèi)星的偽距誤差，稱為用戶差分距離誤差（UDRE）向用戶廣播，飛機(jī)上的接收機(jī)收到后，先對(duì)定位計(jì)算中所用衛(wèi)星的偽距進(jìn)行修正后，再送去求定位解，這樣可以使求出的定位解數(shù)據(jù)更為精確。此法必須在用戶接收機(jī)內(nèi)部修正，但不管接收機(jī)定位時(shí)選用任何衛(wèi)星組合均可。這是目前廣泛采用的方法，不論海上或航空的差分應(yīng)用都用此法，其精度仍然與用戶離基準(zhǔn)臺(tái)的距離有關(guān)。2.5.8差分GPS系統(tǒng)偽距差分：基準(zhǔn)臺(tái)測(cè)出在其可視見(jiàn)范圍內(nèi)所有衛(wèi)星的偽距數(shù)據(jù)和該點(diǎn)65載波相位差分：基準(zhǔn)臺(tái)和用戶接收機(jī)同時(shí)采用載波相位測(cè)量法分別測(cè)定對(duì)共視衛(wèi)星的載波相位距離，基準(zhǔn)臺(tái)將各衛(wèi)星的載波相位修正值發(fā)送給用戶，以便用戶改正其載波相位距離，然后求出精確的定位解。這種技術(shù)用于測(cè)地定位，又稱實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)。2.5.8差分GPS系統(tǒng)載波相位差分：基準(zhǔn)臺(tái)和用戶接收機(jī)同時(shí)采用載波相位測(cè)量法分別測(cè)662.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS

一、概況GPS是美國(guó)軍方控制和運(yùn)行系統(tǒng)，雖然已經(jīng)宣布其民用碼（CA碼）向全球民間開(kāi)放，免費(fèi)提供使用，但是保留其對(duì)敵視使用的拒絕措施，包括危機(jī)時(shí)刻采用向局部地區(qū)施加降精度，亂碼或中斷信號(hào)等不可預(yù)測(cè)的措施，對(duì)航空使用尚無(wú)安全保障。在美國(guó)也不能作為單一導(dǎo)航手段使用。2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS

一、概況67國(guó)際民航組織（ICAO）鼓勵(lì)航空界盡早采用衛(wèi)星導(dǎo)航，考慮到美國(guó)的GPS尚未具有足夠的安全保障，提出了一個(gè)使用多元化的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）概念，根據(jù)定義：“GNSS是一個(gè)全球性的位置和時(shí)間的測(cè)定系統(tǒng)，它包括一個(gè)或幾個(gè)衛(wèi)星星座，機(jī)載接收機(jī)和系統(tǒng)完好性監(jiān)控，這個(gè)系統(tǒng)完好性監(jiān)控是為了支持實(shí)際飛行階段中所需導(dǎo)航性能（RNP）所必要的增強(qiáng)。”從而把GNSS這個(gè)名詞固定下來(lái)并專門化，成為被ICAO采納作為全球民航用作航空器定位和導(dǎo)航的一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)的總概念。2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS國(guó)際民航組織（ICAO）鼓勵(lì)航空界盡早采用衛(wèi)星導(dǎo)航，考慮到美68它蘊(yùn)含著如下意義：（1）GNSS將由多星座系統(tǒng)組成，不能單純依靠單個(gè)或單國(guó)的某一現(xiàn)存系統(tǒng)（星座），而GPS和GLONASS（以及今后的Galileo系統(tǒng)）可以作為GNSS的選用部件；（2）考慮到民航對(duì)安全飛行上的要求，GNSS必需有完好性監(jiān)控和增強(qiáng)技術(shù)。例如美國(guó)、加拿大準(zhǔn)備發(fā)展由靜地衛(wèi)星發(fā)布廣域完好性監(jiān)控信息和廣域差分信息，稱為廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS），日本也將發(fā)射靜地衛(wèi)星——移動(dòng)運(yùn)輸衛(wèi)星（MTSAT），同樣具有對(duì)GPS的廣域增強(qiáng)作用（MSAS），歐洲利用Inmarsat衛(wèi)星和Artremis衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)歐洲靜地衛(wèi)星的GPS重疊系統(tǒng)（EGNOS）也是一種廣域增強(qiáng)系統(tǒng)。

2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS它蘊(yùn)含著如下意義：2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS69這些廣域增強(qiáng)系統(tǒng)必須在地面上按地域建立對(duì)GPS的完好性監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)并生成完好性數(shù)據(jù)，用以上行注入衛(wèi)星后向用戶廣播，這些臺(tái)網(wǎng)和靜地衛(wèi)星都是GNSS的組成部件；（3）機(jī)載接收機(jī)必需備有接收機(jī)自治式完好性監(jiān)控（RAIM）手段，作為接收機(jī)適航批準(zhǔn)的必要條件；（4）希望由民間補(bǔ)發(fā)、加發(fā)民用的導(dǎo)航衛(wèi)星，或建立民用導(dǎo)航星座，最終地形成一個(gè)民用GNSS星座，近期歐洲提出的Galileo計(jì)劃，能夠符合此要求。2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS這些廣域增強(qiáng)系統(tǒng)必須在地面上按地域建立對(duì)GPS的完好性監(jiān)測(cè)臺(tái)70二、GLONASS系統(tǒng)Glonass是前蘇聯(lián)于1982年宣布發(fā)展并發(fā)射首顆試驗(yàn)衛(wèi)星建立起來(lái)的，比美國(guó)的GPS晚起動(dòng)晚9年，直至1996年初達(dá)到了24顆衛(wèi)星在軌的滿星座運(yùn)行。其星座方案與GPS相仿，為24顆中高度軌道（MEO）衛(wèi)星，采用19100公里高度的三個(gè)等間隔軌道，軌道傾角64.8°。由于傾角較大，對(duì)高緯度地區(qū)的信號(hào)覆蓋較好。每個(gè)軌道上平均分布8顆衛(wèi)星。衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)周期約11小時(shí)15分鐘。三、Galileo計(jì)劃歐洲聯(lián)盟委員會(huì)于1999年公布其伽利略（Galileo）計(jì)劃，意欲靠歐洲力量建立一個(gè)和GPS相仿的，可以和GPS兼容，但獨(dú)立自主的民用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，希望在交通運(yùn)輸上擺脫一貫受美國(guó)的牽制，這個(gè)計(jì)劃雖然難產(chǎn)，曾兩次擱淺，最近已于2002年3月決策上馬。該計(jì)劃星座部署的初步方案與GPS星座相仿，由30顆中高度軌道（MEO）衛(wèi)星組成，采用23100公里高度上的三個(gè)等間隔軌道，軌道傾角56°，每個(gè)軌道上均勻分布9顆工作衛(wèi)星，另有一顆在軌備用衛(wèi)星。2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS二、GLONASS系統(tǒng)2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GN712.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)EDI技術(shù)條形碼技術(shù)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)射頻技術(shù)MRP與DRP技術(shù)（另講）自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（另講）CRM-客戶關(guān)系管理2.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要內(nèi)容722.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)2.5.2GPS的應(yīng)用2.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2.5.6GPS定位誤差2.5.7GPS用戶設(shè)備2.5.8差分GPS系統(tǒng)2.5.9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS2.5全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)73

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航是利用人造地球衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航,相當(dāng)于把導(dǎo)航臺(tái)搬到天上。導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)（NavstarGlobalPositioningSystem），簡(jiǎn)稱GPS系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)，全天候?yàn)楹Ｉ?、陸上、空中、空間的用戶連續(xù)地提供高精度的位置、速度和時(shí)間信息，并且有良好的抗干擾和保密性能，對(duì)導(dǎo)航定位、大地測(cè)量，以及精密授時(shí)等均具有重要意義。2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)74GPS系統(tǒng)有21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌的備用衛(wèi)星，它們平均配置在六個(gè)軌道上。衛(wèi)星發(fā)射用偽隨機(jī)碼（偽碼）調(diào)制的兩種頻率；L1＝1575.42MHZ,L2＝1227.6MHZ。用戶設(shè)備用測(cè)量到幾顆衛(wèi)星的距離的方法，來(lái)確定觀察點(diǎn)的位置。GPS系統(tǒng)能連續(xù)提供三維位置（經(jīng)度、緯度、高度）、三維速度和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的導(dǎo)航定位。雙頻發(fā)射是為了供用戶設(shè)備消除電離層對(duì)傳播的影響。

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)GPS系統(tǒng)有21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌的備用衛(wèi)星，它們平75偽碼有P碼、C／A碼、Y碼三種。P碼信號(hào)，定位精度高，保密性好，僅供美軍和特許用戶使用，實(shí)時(shí)定位精度優(yōu)于16米，測(cè)速精度優(yōu)于0.l米／秒，授時(shí)精度優(yōu)于0.1微秒。C／A碼信號(hào)供一般用戶使用，定位精度可達(dá)20～40米。

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)偽碼有P碼、C／A碼、Y碼三種。2.5.1GPS76P碼的精度高，但編制P碼的方程式早已公開(kāi)。美國(guó)計(jì)劃在必要時(shí)要實(shí)施A—S（Anti－spoofing反電子欺騙）政策，將P碼加密編譯成Y碼，Y碼的編制方程式嚴(yán)格保密。Y碼用于有潛在威脅的軍事環(huán)境中。如敵方播發(fā)一種精度降低的假P碼信號(hào)，企圖欺騙GPS用戶設(shè)備錯(cuò)誤的跟蹤它，裝有選擇Y碼用的附加輸出芯片的P碼接收機(jī)，不接受這種假信號(hào)，有效地防止電子欺騙。A—S可以接通或關(guān)閉。民間使用上為了能獲得更好的定位精度，已經(jīng)相繼采取了一些措施。例如，C／A碼采用差分GPS技術(shù)，可以達(dá)到米級(jí)的定位精度；供測(cè)地用的采用無(wú)碼技術(shù)的用戶設(shè)備，可以達(dá)到厘米級(jí)的相對(duì)定位精度。

2.5.1GPS的功用與特點(diǎn)P碼的精度高，但編制P碼的方程式早已公開(kāi)。美國(guó)計(jì)劃在必要時(shí)772.5.2GPS的應(yīng)用一、海上應(yīng)用—導(dǎo)航等二、陸地——定位、測(cè)距、車輛導(dǎo)航三、空中和空間應(yīng)用（一）空中應(yīng)用1、航路導(dǎo)航由于GPS具有全球覆蓋、全天候、高精度和動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。它可以直接用于飛機(jī)的航路導(dǎo)航。由于它不依靠地面導(dǎo)航臺(tái)，因而能適合于邊遠(yuǎn)、荒漠、海上、極區(qū)等空域的飛行，并可實(shí)施直飛航線或隨機(jī)航線，增加飛行靈活性2.5.2GPS的應(yīng)用一、海上應(yīng)用—導(dǎo)航等782、進(jìn)近著陸利用差分GPS能達(dá)到進(jìn)近著陸的精度要求，因而能取代儀表著陸系統(tǒng)（ILS）和微波著陸系統(tǒng)（MLS）。3、機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)面活動(dòng)管理當(dāng)飛機(jī)和場(chǎng)面活動(dòng)的車輛都裝有GPS接收機(jī)和直接向塔臺(tái)報(bào)位的通信線路后，可以監(jiān)視和調(diào)動(dòng)所有場(chǎng)面活動(dòng)的飛機(jī)和車輛。4、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視GPS接收機(jī)的定位數(shù)據(jù)可以為自動(dòng)相關(guān)監(jiān)控提供每架飛機(jī)的位置報(bào)告給地面管制部門，在其顯示器上呈現(xiàn)和雷達(dá)監(jiān)視相當(dāng)?shù)目罩薪煌ɑ顒?dòng)圖像，以便實(shí)施管制。

2.5.2GPS的應(yīng)用2、進(jìn)近著陸2.5.2GPS的應(yīng)用792.5.2GPS的應(yīng)用（二）空間應(yīng)用1、對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和制導(dǎo)導(dǎo)彈裝上GPS接收設(shè)備，可以測(cè)出飛行彈道。此外，還可用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)，使導(dǎo)彈（或炸彈）不僅可以低空攻擊目標(biāo)，高空攻擊目標(biāo)亦有很高的命中精度。2、確定空間運(yùn)載體的軌道航天飛機(jī)、軌道衛(wèi)星等空間運(yùn)載體上裝備GPS接收機(jī)，可以精確確定自身的軌道位置。2.5.2GPS的應(yīng)用（二）空間應(yīng)用802.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率該系統(tǒng)由地面支持網(wǎng)、空中衛(wèi)星群和用戶設(shè)備三個(gè)子系統(tǒng)組成。

2.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率該系統(tǒng)由地面支持網(wǎng)、811、地面支持網(wǎng)：監(jiān)控衛(wèi)星并根據(jù)測(cè)算結(jié)果向衛(wèi)星提供時(shí)間改正參數(shù)、衛(wèi)星星歷等資料。2、空中衛(wèi)星群：衛(wèi)星接收來(lái)自地面站的信息，并向用戶發(fā)射以C／A碼和P碼調(diào)制的、帶有時(shí)間信息和衛(wèi)星星歷等導(dǎo)航參數(shù)的1575．42MHz和1227．60MHz兩種載波頻率的信號(hào)。3、用戶設(shè)備：接收衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)間信號(hào)和衛(wèi)星軌道信息，求得衛(wèi)星位置，利用時(shí)間信號(hào)和偽碼相關(guān)測(cè)量衛(wèi)星到測(cè)者的偽距，并由計(jì)算機(jī)解算用戶位置、速度等參數(shù)。2.5.3GPS的系統(tǒng)組成與工作頻率1、地面支持網(wǎng)：監(jiān)控衛(wèi)星并根據(jù)測(cè)算結(jié)果向衛(wèi)星提供時(shí)間改正參數(shù)822.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)由五個(gè)監(jiān)測(cè)站、一個(gè)主控站和四個(gè)注入站組成。監(jiān)測(cè)站收集衛(wèi)星及當(dāng)?shù)貧庀筚Y料送給主控站。主控站根據(jù)這些資料計(jì)算衛(wèi)星軌道等導(dǎo)航信息，然后由注入站每隔8h向衛(wèi)星發(fā)送一次，更新衛(wèi)星資料，以便衛(wèi)星向用戶設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)航信息。2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)由832.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)圖2地面臺(tái)站設(shè)置2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)圖2地面臺(tái)站設(shè)置84一、監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)站（MS）有5個(gè)，分別設(shè)在太平洋的夏威夷、科羅拉多的斯普林斯、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等。每個(gè)監(jiān)測(cè)站有一臺(tái)用戶接收機(jī)，若干臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器，一架原子鐘和一臺(tái)計(jì)算機(jī)信息處理機(jī).它的任務(wù)是對(duì)所有視見(jiàn)衛(wèi)星每1.5s測(cè)量一次距離數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)導(dǎo)航信息；收集當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣象數(shù)據(jù)；（通過(guò)環(huán)境傳感器收集當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，為了計(jì)算對(duì)流層校正數(shù)據(jù)）.監(jiān)測(cè)站的計(jì)算機(jī)控制所有數(shù)據(jù)的收集，并將得到的數(shù)據(jù)存貯，然后把這些數(shù)據(jù)送到主控站。2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)一、監(jiān)測(cè)站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)85二、主控站主控站（MSC）設(shè)在美國(guó)科羅拉多州斯普林斯的聯(lián)合空間工作中心。它負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)控制部分的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)行全面的控制。具體任務(wù)是：提供GPS系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)；處理由各監(jiān)控站送來(lái)的數(shù)據(jù)；編制各衛(wèi)星的星歷；計(jì)算各衛(wèi)星鐘的偏差和電離層校正參數(shù)等，然后把不斷更新的導(dǎo)航信息送到注入站再轉(zhuǎn)發(fā)給衛(wèi)星。

監(jiān)測(cè)站每6秒鐘將其所測(cè)得的衛(wèi)星距離信息和氣象數(shù)據(jù)發(fā)送給主控站，主控站對(duì)測(cè)量結(jié)果中各種已知的偏差如電離層延時(shí)，對(duì)流層折射等進(jìn)行修正；然后進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理,得到衛(wèi)星位置、衛(wèi)星速度、衛(wèi)星的時(shí)鐘偏差等估值：然后按一定格式轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航電文送入注入站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)二、主控站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)86三、注入站目前注入站有4個(gè)，分別位于美國(guó)的科得角，南大西洋的阿森松島，印度洋的迪戈加西亞島和太平洋的馬紹爾群島的夸賈林島。注入站為主控站和衛(wèi)星之間提供接口關(guān)系。它用1754MHz—1854MHz的頻率向衛(wèi)星注入有關(guān)數(shù)據(jù)。注入數(shù)據(jù)有用戶導(dǎo)航信息（包括時(shí)鐘校正參數(shù)、大氣校正參數(shù)）、衛(wèi)星星歷及全部歷書數(shù)據(jù)。

2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)三、注入站2.5.4GPS系統(tǒng)的地面支持網(wǎng)872.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS系統(tǒng)空中衛(wèi)星群由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成。它們接收地面站發(fā)送來(lái)的星鐘修正參數(shù)、電離層校正參數(shù)等導(dǎo)航信息，為用戶提供精密和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)。

一、衛(wèi)星星座

GPS衛(wèi)星網(wǎng)為21顆衛(wèi)星星座布局，它包括24個(gè)衛(wèi)星位置，等間隔分布在6個(gè)軌道平面，軌道傾角為55度，兩個(gè)軌道在經(jīng)度上相隔600。每一軌道面上有4顆衛(wèi)星。如圖3所示。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS系統(tǒng)空中衛(wèi)88衛(wèi)星星座衛(wèi)星群空間結(jié)構(gòu)2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理89

衛(wèi)星在高約20183km的近圓軌道上運(yùn)行，周期約12h。每顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)行兩圈時(shí)，地球恰好繞其軸轉(zhuǎn)一周。這樣，每顆衛(wèi)星每一恒星日有1～2次通過(guò)地球上同一地點(diǎn)的上空。每一顆衛(wèi)星每天至少一次通過(guò)一個(gè)地面控制站的上空，因此控制站可全部設(shè)在美國(guó)國(guó)內(nèi)。同時(shí)，地球上任一地方用戶任一時(shí)刻至少可看到仰角5度以上的4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星姿態(tài)采用三軸穩(wěn)定方式，保證衛(wèi)星上天線的輻射口總是對(duì)準(zhǔn)地面。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理衛(wèi)星在高約20183km的近圓軌道上運(yùn)行，周期約12h。每902.5.5GPS系統(tǒng)工作原理二、衛(wèi)星提供的導(dǎo)航信息1、衛(wèi)星工作方式衛(wèi)星中裝有接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、高精度的振蕩器、導(dǎo)航電文存貯器。接收機(jī)接收地面站發(fā)送的導(dǎo)航信息，它包括衛(wèi)星星歷、歷書（衛(wèi)星的概略坐標(biāo)）、衛(wèi)星時(shí)鐘和電離層校正參數(shù)等，同時(shí)還接收地面站發(fā)送的控制指令。衛(wèi)星上時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)頻率f0=10.23MHZ，它是衛(wèi)星上各種頻率的同步信號(hào)。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理二、衛(wèi)星提供的導(dǎo)航信息91P碼的碼頻率等于f0，C／A碼的碼頻率為f0/10，載波頻率f1=154f0,f2=120f0.2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理P碼的碼頻率等于f0，C／A碼的碼頻率為f0/10，載92載波L1用P碼、C／A碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相位調(diào)制。載波L2只用P碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息調(diào)制.C／A碼是一種偽隨機(jī)噪聲碼序列，其頻率為1.023MHz，周期1ms。它是一種短碼，易于捕獲。不同的衛(wèi)星分配了不同結(jié)構(gòu)的C/A碼。P碼也是一種偽隨機(jī)噪聲碼序列。其頻率為10.23MHz，周期約267天。實(shí)際上使用的P碼周期為7天。不同結(jié)構(gòu)的P碼分配給不同的衛(wèi)星，在一星期內(nèi)，各衛(wèi)星的P碼不重復(fù)。P碼是一種長(zhǎng)期的精確碼，它難以捕獲。通常先捕獲C／A碼，然后使用導(dǎo)航電文中含有的交接碼轉(zhuǎn)到P碼。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理載波L1用P碼、C／A碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相位調(diào)制。載波L2932、衛(wèi)星導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文是衛(wèi)星提供給用戶的信息，它包括衛(wèi)星狀態(tài)、衛(wèi)星星歷、電離層修正參數(shù)和衛(wèi)星鐘偏差校正參數(shù)以及時(shí)間等內(nèi)容。圖6是導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)示意圖。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2、衛(wèi)星導(dǎo)航電文2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理94(一)導(dǎo)航電文及其格式導(dǎo)航電文是二進(jìn)制文件，它是按一定格式組成數(shù)據(jù)幀，按幀向外播送。每幀導(dǎo)航電文由5個(gè)子幀組成。第1、2、3幀播放該衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘修正參數(shù)，其內(nèi)容每小時(shí)更新一次。第4、5幀播放所有空中GPS衛(wèi)星的歷書（衛(wèi)星的概略坐標(biāo)），完整的歷書占25幀。每個(gè)子幀含有10個(gè)字，每個(gè)字占30bit.2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理(一)導(dǎo)航電文及其格式2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理95(二)導(dǎo)航電文內(nèi)容導(dǎo)航電文中各子幀的格式見(jiàn)下圖2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理(二)導(dǎo)航電文內(nèi)容2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理961.TEL：遙測(cè)碼每個(gè)子幀的第一個(gè)字碼為遙測(cè)字（TEL）它指明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，由星載設(shè)備產(chǎn)生，遙測(cè)字開(kāi)頭8個(gè)碼位作捕獲導(dǎo)航數(shù)據(jù)的前導(dǎo)；隨后14個(gè)bit是遙測(cè)電文，內(nèi)容包括地面注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)，診斷信息等，指導(dǎo)用戶是否選用該衛(wèi)星。2.HOW:轉(zhuǎn)換碼每個(gè)子幀的第二個(gè)字碼為轉(zhuǎn)換碼.它可以輔助用戶從捕獲的C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼.3.導(dǎo)航信息:每個(gè)子幀中的后8個(gè)字導(dǎo)航信息或?qū)Ｓ秒娢?由地面控制站注入給衛(wèi)星。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理1.TEL：遙測(cè)碼2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理97衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)有：

1、L1和L2兩種載波；2、C／A碼和P碼兩種偽隨機(jī)碼；3、導(dǎo)航電文（包括時(shí)間信號(hào)、衛(wèi)星軌道資料、電波傳播修正參數(shù)和衛(wèi)星鐘校正參數(shù)、歷書）。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)有：2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理982.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS基本工作原理GPS接收機(jī)接收來(lái)自衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，利用星歷資料計(jì)算衛(wèi)星位置;利用偽隨機(jī)碼或載波相位測(cè)量測(cè)者到衛(wèi)星的距離，最后解算導(dǎo)航方程求測(cè)者位置的經(jīng)緯度。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理GPS基本工作原理992.5.5GPS系統(tǒng)工作原理一、測(cè)時(shí)間差求距離GPS中，測(cè)量者到衛(wèi)星的距離是通過(guò)測(cè)電波從衛(wèi)星發(fā)射到被用戶接收機(jī)接收的時(shí)間間隔來(lái)確定的，即根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間與電波傳播速度的乘積來(lái)求得。而衛(wèi)星信號(hào)傳播時(shí)間通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)的C／A碼或P碼與用戶接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的同類碼相關(guān)所需要的相移來(lái)求得。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理一、測(cè)時(shí)間差求距離1001、偽碼測(cè)距原理

如圖8所示，上一行是接收到的衛(wèi)星偽碼信號(hào)，下一行是接收機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)，它的格式與衛(wèi)星的偽碼相同，由接收到的衛(wèi)星偽碼信號(hào)相對(duì)于接收機(jī)產(chǎn)生的偽碼信號(hào)的延遲量，就可得衛(wèi)星與用戶接收機(jī)之間的距離。這種未經(jīng)修正的距離稱為偽距。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理1、偽碼測(cè)距原理2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理1012、偽碼測(cè)距方法如圖9所示，被接收、檢測(cè)和放大的偽隨機(jī)序列與接收機(jī)產(chǎn)生的偽碼序列通常是不同步的，本機(jī)的偽碼在時(shí)鐘的控制下逐步地移動(dòng)，直到接收的和本機(jī)的偽碼信號(hào)同步，則相關(guān)器輸出控制信號(hào)停止本機(jī)偽碼的移動(dòng)，并將測(cè)得的時(shí)間信息提供給計(jì)算機(jī)。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2、偽碼測(cè)距方法2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理102

圖10示出了相關(guān)接收的一個(gè)例子，第2行是接收來(lái)自衛(wèi)星的10個(gè)碼元信號(hào)，第3行是本機(jī)產(chǎn)生的偽碼序列的10個(gè)碼元。當(dāng)接收的偽碼信號(hào)與本機(jī)偽碼信號(hào)不同步時(shí)，在時(shí)鐘控制下，本機(jī)偽碼序列右移，直到第4行所示狀態(tài)，即同步，此時(shí)相關(guān)器輸出高電平停止本機(jī)偽碼的移動(dòng)。測(cè)得的時(shí)間差是5個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間，每個(gè)碼元為1s，共5s。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理圖10示出了相關(guān)接收的一個(gè)例子，第2行是接收來(lái)自衛(wèi)星的10103二、衛(wèi)星定位算法

1、導(dǎo)航方程自相關(guān)測(cè)量衛(wèi)星發(fā)送的偽碼和本機(jī)產(chǎn)生的偽碼間差值而得到的距離，并不是測(cè)者到衛(wèi)星的真實(shí)距離，許多因素使它帶有不同性質(zhì)的誤差，影響較大的有衛(wèi)星鐘差、用戶鐘差、電波傳播誤差等。這些誤差嚴(yán)重地影響衛(wèi)星的定位精度，必須盡可能予以修正。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理二、衛(wèi)星定位算法2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理104（1）GPS時(shí)間系統(tǒng)原子時(shí)是以銫原子133基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷所輻射的電波振蕩周期為基礎(chǔ)的時(shí)間系統(tǒng)。起始?xì)v元為1958年1月1日0點(diǎn)。原子時(shí)穩(wěn)定、均勻、至今未見(jiàn)變化。協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC是以原子秒為單位，GPS時(shí)是一種連續(xù)的、高精度的、均勻的時(shí)間系統(tǒng)，它以原子秒為單位，時(shí)間間隔為一周即604880s）。它開(kāi)始和結(jié)束在每周星期六和星期日之間的子夜零點(diǎn)時(shí)刻。GPS時(shí)起點(diǎn)1980年1月6日UTC的零點(diǎn)。它常用自起點(diǎn)以后的周數(shù)、日數(shù)、GPS秒來(lái)表示時(shí)間。GPS時(shí)間計(jì)量是通過(guò)Z計(jì)數(shù)（從每個(gè)星期日的零時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，）進(jìn)行的，利用Z計(jì)數(shù)器可以較快地捕獲P碼。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理（1）GPS時(shí)間系統(tǒng)2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理105（2）鐘差GPS時(shí)間是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。它在導(dǎo)航電文的交換字中每6s向用戶發(fā)送一次。由于1ns即s的誤差將導(dǎo)致距離誤差0．3m，所以整個(gè)系統(tǒng)要求嚴(yán)格與主控站的原子鐘同步。通常衛(wèi)星鐘和用戶鐘都有誤差。衛(wèi)星鐘差可根據(jù)導(dǎo)航電文確定。用戶鐘差可在導(dǎo)航解算過(guò)程中獲得。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理（2）鐘差2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理106(3)電波傳播誤差該誤差主要由電離層和對(duì)流層對(duì)電波的影響造成的。a．電離層的影響地球上方50km到1000km區(qū)域的大氣層，由于受太陽(yáng)紫外線等影響而電離成自由電子和離子，形成密度隨晝夜、季節(jié)、地磁緯度及太陽(yáng)活動(dòng)情況變化的電離層。當(dāng)電波穿越該區(qū)域時(shí)，將受到非線性傳播性能的影響。衛(wèi)星導(dǎo)航電文中，子幀1和子幀5提供了一些參數(shù)供校正電離層附加延時(shí)用，還有利用偽碼和相位測(cè)量、不同測(cè)量值線性組合，差分方法等來(lái)消除電離層的影響。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理(3)電波傳播誤差2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理107b．對(duì)流層影響電波經(jīng)過(guò)對(duì)流層時(shí)，受氣溫、氣壓、濕度、仰角等因素影響也會(huì)產(chǎn)生傳播附加延遲。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，衛(wèi)星位于天頂時(shí)，其誤差約2.3m，衛(wèi)星仰角為10度時(shí)，其誤差可達(dá)20m。由于對(duì)流層造成的誤差與衛(wèi)星仰角有關(guān)，低仰角時(shí)電波通過(guò)對(duì)流層的路徑長(zhǎng)，誤差大，所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選擇仰角大于50的衛(wèi)星

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理b．對(duì)流層影響2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理108（4）測(cè)距方程圖12示出了衛(wèi)星距離測(cè)量中影響測(cè)距精確的因素。偽距測(cè)量值是用測(cè)得的衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)和用戶接收機(jī)收到信號(hào)的時(shí)間差t與電波速度C來(lái)描述的，可寫為下列表達(dá)式：2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理（4）測(cè)距方程2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理109Ri=Ri+ctAi+c(tu-tui)式中：Ri——偽距；Ri——真實(shí)距離；c——電磁波傳播速度；tui——衛(wèi)星鐘差；tu——用戶鐘差；tAi——傳播延遲和其它誤差。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理Ri=Ri+ctAi+c(tu-tui)2.5.5110經(jīng)修正衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層等系統(tǒng)誤差后，剩余誤差作為隨機(jī)誤差:Rp=R+T+V（2）式中：Rp—測(cè)量的距離R——測(cè)者到衛(wèi)星的實(shí)際距離T—用戶鐘差對(duì)應(yīng)的距離偏差V——隨機(jī)誤差則式（2）即為測(cè)距導(dǎo)航方程。2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理經(jīng)修正衛(wèi)星鐘差、電離層和對(duì)流層等系統(tǒng)誤差后，剩余誤差作為隨機(jī)1112、GPS定位算法GPS衛(wèi)星定位算法很多，依據(jù)求解的未知數(shù)維數(shù)不同，有二維、三維等定位法。依據(jù)計(jì)算方法不同，有解方程組法、最優(yōu)估計(jì)法等。定位類型還有定點(diǎn)、動(dòng)點(diǎn)定位之分，差分方法和非差分法之分。

2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理2、GPS定位算法2.5.5GPS系統(tǒng)工作原理1122.5.6GPS定位誤差GPS定位誤差主要來(lái)源于偽距誤差、衛(wèi)星與測(cè)者間相對(duì)幾何位置的幾何精度因子GDOP（GeometricDilutionofPrecision），以及使用不同測(cè)地坐標(biāo)系而產(chǎn)生的誤差。位置誤差與偽距誤差成正比，與測(cè)者和衛(wèi)星之間的位置關(guān)系有關(guān)。這種關(guān)系通常用幾何精度因子GDOP來(lái)描述。2.5.6GPS定位誤差113一、幾何精度因子GDOP

GDOP有下述特性：（1）它是選定4顆衛(wèi)星與測(cè)者之間幾何關(guān)系造成的位置誤差的放大倍數(shù)。當(dāng)GDOP大一倍時(shí)，位置誤差也將大一倍。（2）GDOP只與衛(wèi)星和測(cè)者的相對(duì)位置有關(guān)，與所選坐標(biāo)無(wú)關(guān)。（3）GDOP是星座設(shè)計(jì)的一個(gè)判據(jù)，即衛(wèi)星安置的位置應(yīng)能使地面測(cè)者獲得好的GDOP值。（4）定位時(shí)，選星原則就是使GDOP盡可能小，以提高定位精度。

2.5.6GPS定位誤差一、幾何精度因子GDOP2.5.6GPS定位誤差114為了取得精確的定位效果，選星時(shí)總是使GDOP盡可能減小，導(dǎo)航儀通常采用以下方法來(lái)選星。

（1）最佳GDOP法。即從仰角5度以上的星中取4顆的全部組合，分別計(jì)算GDOP值，取GDOP最小的一組星座進(jìn)行定位。此法選擇的星座最佳，但計(jì)算量大。

（2）次優(yōu)GDOP。從能收到的衛(wèi)星中先選出三顆，它們的斜距具有最大的垂直分量、北向分量和東向分量，然后再選一顆衛(wèi)星使GDOP最小。

（3）端四面體法。以測(cè)者為中心作單位球，以四顆星在球面的投影點(diǎn)為頂點(diǎn)組成一四面體。當(dāng)該四面體體積最大時(shí)，這四顆衛(wèi)星的GDOP最小，參閱圖14。2.5.6GPS定位誤差為了取得精確的定位效果，選星時(shí)總是使GDOP盡可能減小，導(dǎo)航115二、偽距測(cè)量誤差GPS系統(tǒng)中，因測(cè)量帶來(lái)的誤差，可以全部等效為偽距測(cè)量時(shí)帶來(lái)的距離誤差，稱為用戶等效測(cè)距誤差。它主要來(lái)自衛(wèi)星部分，傳播途徑和用戶設(shè)備等造成的誤差。2.5.6GPS定位誤差二、偽距測(cè)量誤差2.5.6GPS定位誤差1161、星歷和星鐘的誤差由星歷所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差為星歷誤差。它主要取決于衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)的質(zhì)量，如監(jiān)測(cè)站的數(shù)量及分布；觀測(cè)值的精度；軌道計(jì)算時(shí)所用的模型及軟件等。同時(shí)還與星歷表的預(yù)報(bào)間隔有關(guān)。星鐘誤差主要取決于星上鐘的質(zhì)量，衛(wèi)星上雖然使用高精度的原子鐘，但它仍存在誤差，其系統(tǒng)性誤差可由衛(wèi)星鐘校正參數(shù)加以修正，而隨機(jī)誤差，則難于完全校正。2.5.6GPS定位誤差1、星歷和星鐘的誤差2.5.6GPS定位誤差1172、大氣層傳播延遲大氣層傳播延遲，包括電離層傳播延遲和對(duì)流層傳播延遲二部分。其誤差雖經(jīng)校正，但仍殘存一部分。3、多路徑效應(yīng)多路徑效應(yīng)是指用戶設(shè)備接收到衛(wèi)星信號(hào)不僅有直達(dá)信號(hào)，還有經(jīng)反射到達(dá)的信號(hào)，這些信號(hào)合成后，使信號(hào)特性變化，形成測(cè)量誤差。這種多路徑誤差，與用戶天線位置及其附近反射面自然特性有關(guān)。4、接收機(jī)噪聲和量化誤差用戶接收機(jī)的硬件和軟件處理信號(hào)所引起的噪聲，會(huì)在距離測(cè)量中對(duì)誤差產(chǎn)生影響。接收機(jī)測(cè)距可被量化。5、接收機(jī)通道間偏差多通道接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于各通道硬件路徑不同，會(huì)產(chǎn)生通道間偏差。2.5.6GPS定位誤差2、大氣層傳播延遲2.5.6GPS定位誤差1182.5.7GPS用戶設(shè)備

1GPS用戶設(shè)備的組成

GPS用戶設(shè)備包括GPS接收機(jī)及其天線，并包括內(nèi)部配套的或外部選裝的控制顯示設(shè)備。接收機(jī)和天線是用戶設(shè)備的核心部分。它的主要功能是接收GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行處理、量測(cè)和數(shù)據(jù)輸。GPS用戶設(shè)備核心部分的主要組成如圖16所示。

2.5.7GPS用戶設(shè)備

1GPS用戶設(shè)備的組成119前置放大混頻濾波信號(hào)處理微處理器輸入輸出基準(zhǔn)振蕩外部控制顯示組件外部系統(tǒng)天線圖16GPS用戶設(shè)備的核心部分2.5.7GPS用戶設(shè)備前置混頻信號(hào)微處輸入基準(zhǔn)外部系統(tǒng)天線圖16GPS用戶設(shè)備120天

線——一般用微帶天線，它帶前置放大，采用低噪聲放大器；射頻部分——包括混頻和濾波，使其成為中頻輸出；信號(hào)處理——用于信號(hào)識(shí)別和跟蹤處理，在此測(cè)定偽距和時(shí)間，并進(jìn)行解擴(kuò)提取導(dǎo)航電文；微處理器——用于接收機(jī)的控制、數(shù)據(jù)采集和各種計(jì)算，包括選星計(jì)算、定位計(jì)算和監(jiān)測(cè)計(jì)算；輸入輸出——包括數(shù)據(jù)存貯和輸入輸出端口功能，供外部控制顯示組件和外部系統(tǒng)使用；基準(zhǔn)振蕩器——用以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率，供用戶接收機(jī)時(shí)鐘混頻，以及產(chǎn)生偽碼等用。2.5.7GPS用戶設(shè)備天線——一般用微帶天線，它帶前置放大，采用低噪聲放大1212用戶接收機(jī)的類型GPS接收機(jī)可有多種不同的分類，現(xiàn)將其主要分類加以介紹。一、根據(jù)接收機(jī)的工作原理分類——碼相關(guān)型接收機(jī)；——相位型接收機(jī)；——混合型接收機(jī)。2.5.7GPS用戶設(shè)備2用戶接收機(jī)的類型2.5.7GPS用戶設(shè)備122碼相關(guān)型接收機(jī)：能夠產(chǎn)生與所測(cè)衛(wèi)星的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼。工作中通過(guò)逐步相移，使接收碼與復(fù)制碼達(dá)到最大相關(guān)，以測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)天線的傳播時(shí)間。碼相關(guān)型接收機(jī)可利用C/A碼也可以利用P碼，其工作的基本條件是必須掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)。所以這種接收機(jī)也稱為有碼接收機(jī)。載波相位型接收機(jī)：是利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制碼，從而獲得載波相位測(cè)量所必需的載波信號(hào)。這種接收機(jī)只利用衛(wèi)星的信號(hào)無(wú)需解碼，因而不必掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，所以也稱為無(wú)碼接收機(jī)。所謂混合型接收機(jī)，是綜合利用了相關(guān)技術(shù)和相位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它可以同時(shí)獲得碼偽距和精密的相位觀測(cè)量。2.5.7GPS用戶設(shè)備碼相關(guān)型接收機(jī)：能夠產(chǎn)生與所測(cè)衛(wèi)星的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制123二、根據(jù)接收信號(hào)通道的類型分類——平行通道接收機(jī)；——序貫通道接收機(jī)；____多路復(fù)用通道接收機(jī)。在導(dǎo)航和定位工作中，GPS接收機(jī)需要跟蹤多顆衛(wèi)星。而對(duì)于來(lái)自不同衛(wèi)星的信號(hào)，接收機(jī)必須首先將它們分離開(kāi)來(lái)，以便進(jìn)行處理，量測(cè)獲得不同衛(wèi)星信號(hào)的觀測(cè)量。GPS接收機(jī)的通道，其主要作用是將接收到的不同衛(wèi)星信號(hào)加以分離，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、處理和量測(cè)。2.5.7GPS用戶設(shè)備二、根據(jù)接收信號(hào)通道的類型分類2.5.7GPS用戶設(shè)備124平行通道接收機(jī)，即具有多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)通道，而每個(gè)通道只連續(xù)跟蹤一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的接收機(jī)。這種接收機(jī)也稱連續(xù)跟蹤型接收機(jī)。序貫通道接收機(jī)，通常只具有1～2個(gè)通道。這時(shí)為了跟蹤多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，它在相應(yīng)軟件的控制下，按時(shí)序依次對(duì)所有觀測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行量測(cè)，也稱時(shí)序式接收機(jī)。由于對(duì)所測(cè)衛(wèi)星依次量測(cè)一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間較長(zhǎng)（>20ms