(38)-第1章 緒論-2 GPS系統(tǒng)構(gòu)成-更新

1.1全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展1.2美國(guó)政府的GPS政策1.3其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)概況第1章緒論1.GPS發(fā)展史2.GNSS的系統(tǒng)構(gòu)成3.其他GNSS4.GNSS應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)keys1.GNSS的三大功能PNT2.定位原理、優(yōu)點(diǎn)3.系統(tǒng)組成4.美國(guó)政府的GPS政策定位（Positioning）導(dǎo)航（Navigation）授時(shí)（Timing）§2.1GNSS的基本功能PNT定位與導(dǎo)航的概念定位從廣義和現(xiàn)代意義上來(lái)說(shuō)，定位就是測(cè)量和表達(dá)信息、事件或目標(biāo)發(fā)生在什么時(shí)間、什么相關(guān)的空間位置的理論方法與技術(shù)。導(dǎo)航指運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，通常是指運(yùn)載工具如飛船、飛機(jī)、船舶、汽車、運(yùn)載武器等的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位即三維位置、速度和包括航向偏轉(zhuǎn)、縱向搖擺、橫向搖擺三個(gè)角度的姿態(tài)的確定。GNSS的基本定位原理——空間距離后方交會(huì)法接收4顆及以上GNSS衛(wèi)星信號(hào)被動(dòng)式測(cè)得星站間距離di根據(jù)星歷信息計(jì)算衛(wèi)星實(shí)時(shí)三維位置Si（Xi,Yi,Zi）從而根據(jù)兩點(diǎn)之間的距離公式建立方程組求解測(cè)站的三維位置(x,y,z)。S2S1S3S4Ri=1,2,3,4

§2.2GNSS定位原理GNSS技術(shù)特點(diǎn)觀測(cè)站之間無(wú)需通視定位精度高觀測(cè)時(shí)間短提供三維坐標(biāo)操作簡(jiǎn)便全天侯作業(yè)§2.2GNSS定位原理空間部分GPS衛(wèi)星地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)用戶部分GPS接收機(jī)§2.3GPS系統(tǒng)組成（1）空間部分——GPS衛(wèi)星接收地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其他信號(hào)；接收地面主控站的命令，修正其在軌運(yùn)行偏差及啟用備用設(shè)備等；在原子鐘的控制下自動(dòng)生成測(cè)距碼和載波，并將測(cè)距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制在載波上播發(fā)給用戶。（2）地面控制部分

地面控制部分由1個(gè)主控站、4個(gè)注入站和16個(gè)監(jiān)測(cè)站組成每顆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(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)――GPS時(shí)間系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站無(wú)人值守的數(shù)據(jù)采集中心，其位置經(jīng)精密測(cè)定；主要設(shè)備：1臺(tái)多頻接收機(jī)，1臺(tái)高精度原子鐘，1臺(tái)電子計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。作用利用接收機(jī)獲得衛(wèi)星的位置和工作狀況利用原子鐘獲得時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)利用環(huán)境傳感器得到當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)然后將算得的偽距、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)及衛(wèi)星狀態(tài)傳給主控站主控站以大型電子計(jì)算機(jī)為主體的數(shù)據(jù)收集、計(jì)算和傳播設(shè)備作用收集數(shù)據(jù)：收集各監(jiān)測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，衛(wèi)星時(shí)鐘、氣象參數(shù)和工作狀態(tài)等；數(shù)據(jù)處理：根據(jù)收集數(shù)據(jù)計(jì)算各衛(wèi)星的星歷，時(shí)鐘改正，衛(wèi)星狀態(tài)和大氣傳播改正。并編成導(dǎo)航電文，并及時(shí)將導(dǎo)航電文傳給注入站；時(shí)間協(xié)調(diào)：各測(cè)站和GPS衛(wèi)星的原子鐘均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，或測(cè)出鐘差；控制衛(wèi)星：修正衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，調(diào)用備用衛(wèi)星更換失效衛(wèi)星注入站無(wú)人值守的工作站設(shè)有3.66m的拋物面天線，1臺(tái)C波段發(fā)射機(jī)和一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)；作用：將主控站編制的導(dǎo)航電文等資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲(chǔ)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(cè)站連續(xù)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，不斷積累測(cè)距數(shù)據(jù)，并將這些測(cè)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)送主控站；主控站對(duì)測(cè)距數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、平滑及擬合，以提供衛(wèi)星的位置和速度的六個(gè)軌道根數(shù)的攝動(dòng)等；最后注入站將主控站的導(dǎo)航電文注入到衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。監(jiān)測(cè)站主控站注入站（3）GPS接收機(jī)：硬件和軟件，硬件-主機(jī)、電源和天線構(gòu)成按照用途分有：導(dǎo)航型、測(cè)地型、授時(shí)型按照攜帶形式分有：手持式、車載式、機(jī)載式、船載式等按照載波頻率分有：?jiǎn)晤l接收機(jī)和多頻接收機(jī)SA1991.7.1.

技術(shù)，降低衛(wèi)星星歷精度技術(shù)，降低衛(wèi)星鐘的穩(wěn)定性AS1994.1.31P+W->YZ跟蹤技術(shù)C/A碼±（15~40）mC/A碼±（50~150）mSAP(Y)碼±16mP(Y)碼±16mSAASSPSPPS§2.4美國(guó)政府的GPS政策1957.10

第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功，多普勒頻移1958.12

克什納博士開展三項(xiàng)研究：子午衛(wèi)星，定軌，接收機(jī)。1964.1建成NNSS,軍用1967.7NNSS同時(shí)供給民用1973.12

批準(zhǔn)研制GPS1974~1993先后經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)論證、生產(chǎn)試驗(yàn)階段1991.1海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，GPS在沙漠風(fēng)暴精準(zhǔn)打擊目標(biāo)1991.7SA實(shí)施1993.12IOC1994.1AS1995.4FOC2000.5

取消SA2008.第三民用頻率2012.第三代GPSGPS技術(shù)現(xiàn)代化1999年1月25日美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柼岢霰Ｗo(hù)（protection）即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護(hù)美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強(qiáng)化軍碼的保密性能，加強(qiáng)抗干擾能力阻止（prevention）即阻擾敵對(duì)方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；改善（Preservation）在有威脅地區(qū)以外，改善民用用戶有更精確更安全的使用，增加第三民用頻率等§2.4美國(guó)政府的GPS政策美國(guó)為滿足民用導(dǎo)航、定位、大氣探測(cè)等需求，作出5項(xiàng)GPS現(xiàn)代化的技術(shù)措施：改善民用導(dǎo)航和定位的精度；擴(kuò)大服務(wù)的覆蓋面和改善服務(wù)的持續(xù)性；提高導(dǎo)航的完備性（integrity),如增強(qiáng)信號(hào)功率,增加導(dǎo)航信號(hào)和頻道；保持GPS在全球定位系統(tǒng)中技術(shù)和銷售的領(lǐng)先地位；