4 GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號ppt課件

1、第四章GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號1;.GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文主要內(nèi)容衛(wèi)星星歷時鐘改正電離層時延改正工作狀態(tài)信息C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息uGPS衛(wèi)星的導航電文2;.作用：向用戶提供衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息及其它信息基本結(jié)構(gòu).第1字遙測字(30bits)第2字交接字(30bits).第10字(30bits)第1子幀（第1數(shù)據(jù)塊）(300bits)第1字遙測字(30bits)第2字交接字(30bits).第10字(30bits)第2子幀（第2數(shù)據(jù)塊）(300bits)第3子幀（第2數(shù)據(jù)塊）(300bits)第4子幀（第3數(shù)據(jù)塊）(300bits)第

2、5子幀（第3數(shù)據(jù)塊）(300bits)第1主幀(1500bits)第2主幀(1500bits).第1子幀（第1數(shù)據(jù)塊）(300bits).第5子幀（第3數(shù)據(jù)塊）(300bits)第25主幀(1500bits)導航電文GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文3;.基本內(nèi)容GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文衛(wèi)星的導航電文4;.遙測碼（TLM Telemetry Word）每一子幀的第1個字碼用作捕獲導航電文的前導轉(zhuǎn)換碼（HOW Hand Over Word）每一子幀的第2個字碼主要內(nèi)容：Z計數(shù)GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文

3、5;.第一數(shù)據(jù)塊第1子幀的第310字碼內(nèi)容：WN GPS周L2所調(diào)制測距碼標識符 “10”表示C/A碼，“01”表示P(Y)碼傳輸參數(shù)N URATGD 信號在衛(wèi)星內(nèi)部的時延星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC星鐘改正參數(shù)a0（鐘偏），a1（鐘速），a2（鐘漂）GDSVLSVTtt1)(LOCttAODC2210)()(ococSVttattaatGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文6;.第二數(shù)據(jù)塊第2、3子幀內(nèi)容該發(fā)送信號衛(wèi)星的星歷 廣播星歷星歷參數(shù)AODEtCCCCCCiiaenMoeisicrsrcusuc,000GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文7;.第三數(shù)據(jù)塊第4、5

4、子幀內(nèi)容：所有衛(wèi)星歷書（概略星歷）第三數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容每12.5分鐘重復一次GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星的導航電文8;.uGPS衛(wèi)星信號GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號9;.概述GPS衛(wèi)星信號的組成部分載波（Carrier）L1L2測距碼（Ranging Code）C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導航）電文（Message）GPS衛(wèi)星信號的生成關(guān)鍵設備 原子鐘GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號10;.GPS衛(wèi)星的基準頻率 f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻

5、率為10.23MHz衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準頻率的倍頻或分頻1012020001541575.42MHz;19.03cm1201227.60MHz;24.42cm/101.023MHz;10.23MHz;2046000050LLLLffffC AfPffHz碼碼率碼碼率衛(wèi)星（導航）電文碼率GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號11;.載波作用搭載其它調(diào)制信號測距測定多普勒頻移類型目前L1 頻率： 154f0 = 1575.43MHz；波長：19.03cmL2 頻率： 120f0 = 1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5 頻率：1

6、15f0 = 1176.45MHz；波長：25.48cmL119.03c mL224.42c mGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號12;.載波特點所選擇的頻率有利于測定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號所受的電離層折射影響選擇兩個頻率可以較好地消除信號的電離層折射延遲（電離層折射延遲于信號的頻率有關(guān)）GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號13;.測距碼作用測距性質(zhì)為偽隨機噪聲碼（PRN Pseudo Random Noise）不同的碼（包括未對齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對齊的同一組碼

7、間的相關(guān)系數(shù)為1GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號14;.測距碼類型目前C/A碼（Coarse/Acquisition Code） 粗碼/捕獲碼；碼率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含碼元數(shù)：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（Precise Code） 精碼；碼率：10.23MHz；周期：7天；1周期含碼元數(shù)：60；碼元寬度：29.30m；被調(diào)制在L1和L2上現(xiàn)代化后在L2上調(diào)制C/A碼在L1和L2增加調(diào)制M碼GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號15;.衛(wèi)星信號的調(diào)制模二

8、和運算規(guī)則二進制信號：“1”表示二進制“0”，“-1”表示二進制“1”，則000; 110; 101; 011111; 111; 111; 111GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號16;.衛(wèi)星信號的調(diào)制二進制信號的相位調(diào)制)cos()()(ttBtS調(diào)頻調(diào)頻FM調(diào)幅調(diào)幅AM調(diào)相調(diào)相PM注：其它調(diào)制方式注：其它調(diào)制方式GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號17;.衛(wèi)星信號的調(diào)制GPS衛(wèi)星信號的調(diào)制示意圖衛(wèi)星信號的調(diào)制原理)cos()()()()sin()()()cos()()()(22211111LLiiPLLL

9、iiCLLiiPLttDtPBtSttDtCAttDtPAtSGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星信號衛(wèi)星信號18;.uGPS衛(wèi)星位置的計算計算思路首先計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系下的坐標然后將上述坐標分別繞X軸旋轉(zhuǎn)-i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)-k角，求出衛(wèi)星在地固系下的坐標軌道平面坐標軌道平面坐標系系軌道參軌道參數(shù)數(shù)地心升交點xy近地點衛(wèi)星近地點角距真近點角升交距角GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算 19;.升交點Z (Z)YXro春分點軌道平面衛(wèi)星升交點赤經(jīng)i 軌道傾角軌道橢圓中心赤道面近地點近地點角距長半徑t0 過近

10、地點時刻e 軌道偏心率地心f 真近點角XY起始子午面 升交點經(jīng)度kG AST xyGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算20;.計算過程計算衛(wèi)星運行的平均角速度計算歸化時間tk計算t時刻衛(wèi)星的平近點角計算偏近點角03314320()843.986005 10GMnaaWGSmsnnn稱為地球引力常數(shù)，在系中定義為kkntMM0kkkEeMEsinGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算oekttt21;.計算過程（續(xù)）計算真近點角計算升交距角eEEearctgVkkkcossin12GPS衛(wèi)星

11、的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算kV22;.計算過程（續(xù)）計算攝動改正項進行攝動改正計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置)( 2sin()( 2cos()()( 2sin()( 2cos()()( 2sin()( 2cos()(tuCtuCtituCtuCtrtuCtuCtuisicrsrcusuc)()()()()( )()()( )(0tittiititrtrtrtututuoe)(sin)()()(cos)()(tutrtytutrtxGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算23;.計算過程（續(xù)

12、）計算升交點經(jīng)度計算衛(wèi)星在地固坐標系下的坐標計算衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標系中的坐標oeeoeektttt)()()(0)(sin)(cos)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos0)()(tyttiytxttiytxyxtiRtRZYXkkkkkxkZGPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS衛(wèi)星位置的計算衛(wèi)星位置的計算24;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理徠卡徠卡GPS接收機接收機25;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星

13、信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理天寶天寶GPS接收機接收機26;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理天寶天寶GPS接收機接收機27;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理南方靈銳南方靈銳GPS接收機接收機28;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本

14、工作原理拓普康拓普康GPS接收機接收機29;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理中海達中海達GPS接收機接收機30;.uGPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理阿斯泰克阿斯泰克GPS接收機接收機31;.n GPS接收機分類接收機分類 用途用途l 導航型導航型l 測地型測地型l 授時型授時型 載波頻率載波頻率l 單頻接收機單頻接收機l 雙頻接收機雙頻接收機uGPS接收機基本工作原理接收機基本

15、工作原理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理32;.n GPS接收機分類（續(xù)）接收機分類（續(xù)） 通道數(shù)通道數(shù)l 多通道多通道l 序貫通道序貫通道l 多路多用通道多路多用通道 工作原理工作原理l 碼相關(guān)型碼相關(guān)型l 平方型平方型l 混合型混合型l 干涉型干涉型GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理33;.n GPS接收機的組成及工作原理接收機的組成及工作原理 組成組成l 天線單元天線單元l 主機單元主機單元l 電源電源 GPS接收機天線接收機天線l 接收機天線：轉(zhuǎn)化接收機天線

16、：轉(zhuǎn)化l 前置放大器：放大前置放大器：放大GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理34;.n GPS接收機的組成及工作原理（續(xù)）接收機的組成及工作原理（續(xù)） 接收機主機接收機主機l 變頻器及中頻放大器：變頻、放大變頻器及中頻放大器：變頻、放大l 信號通道：核心信號通道：核心 搜索、牽引、跟蹤衛(wèi)星搜索、牽引、跟蹤衛(wèi)星 解擴、解調(diào)解擴、解調(diào) 測量測量l 存儲器：存儲數(shù)據(jù)存儲器：存儲數(shù)據(jù)l 微處理器：靈魂微處理器：靈魂 開機自檢開機自檢 搜索、跟蹤衛(wèi)星搜索、跟蹤衛(wèi)星 計算計算 接收用戶輸入信號接收用戶輸入信號l 顯示器顯示器GPS衛(wèi)星的導航電

17、文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理35;.n GPS接收機的組成及工作原理（續(xù)）接收機的組成及工作原理（續(xù)） 電源電源l 內(nèi)電源：鋰電池內(nèi)電源：鋰電池l 外接電源：電瓶外接電源：電瓶 接收機的主要任務接收機的主要任務l 捕獲、跟蹤衛(wèi)星捕獲、跟蹤衛(wèi)星l 變頻、放大、處理變頻、放大、處理GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理36;.n 軟件軟件GPS接收機接收機 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)l 硬件部分硬件部分 天線：接收信號天線：接收信號 RF：放大、轉(zhuǎn)換、輸出：放大、轉(zhuǎn)換、輸出 ADC：信號數(shù)字化：信

18、號數(shù)字化l 軟件部分軟件部分 信號捕捉單元信號捕捉單元 信號跟蹤單元信號跟蹤單元 子幀識別單元子幀識別單元 獲取星歷數(shù)據(jù)和偽距單元獲取星歷數(shù)據(jù)和偽距單元 衛(wèi)星視位置計算單元衛(wèi)星視位置計算單元 用戶定位計算單元用戶定位計算單元GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理37;.n 軟件軟件GPS接收機（續(xù)）接收機（續(xù)） 優(yōu)點優(yōu)點l 有利于提高測量精度有利于提高測量精度l 便于便于GPS信號的升級換代信號的升級換代l 便于多種算法集成于一臺接收機便于多種算法集成于一臺接收機l 便于接收機低功耗、小型化便于接收機低功耗、小型化GPS衛(wèi)星的導航電文

19、和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理38;.n 主要技術(shù)參數(shù) 接收機：l 12 個并行的獨立通道、可同時接收12 顆衛(wèi)星l L1 載波相位、CA 碼偽距，1575.42MHzl 扁平有源天線帶內(nèi)裝式抑徑板l 根據(jù)衛(wèi)星高度及衛(wèi)星運行的健康狀況自動選擇衛(wèi)星l flash 閃存內(nèi)存16M（與優(yōu)盤同芯片組），可存儲連續(xù)約20 天數(shù)據(jù)量l 240*160 的大液晶顯示屏l 兩塊高性能鋰電池連續(xù)工作時間長達16 小時之久GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 北極星北極星9600型型GPS接收機簡介接收機簡介u北極星北極星9600型型GPS接收機簡

20、介接收機簡介39;.n 主要技術(shù)參數(shù) 靜態(tài)相對定位精度：l 靜態(tài)基線：（5mm+1ppml 高 程：（10mm2ppm） 同步觀測時間：45 分鐘左右l 同步觀測時間的多少與所測距離有關(guān)l 與要求達到的精度有關(guān)l 與觀測時間段及衛(wèi)星圖形強度等因素有關(guān)GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 北極星北極星9600型型GPS接收機簡介接收機簡介40;.n 接收機操作 初始界面l 模式的選擇 智能模式 手動模式 節(jié)電模式GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 北極星北極星9600型型GPS接收機簡介接收機簡介 F1 F2 F3 F4 PWR41;.n 接收機操作 初始界

21、面l 指示燈含義 顯示屏上方三個指示燈依次電源燈、衛(wèi)星燈、信息燈。 若正在使用 A 電池，則電源燈為綠燈；若正在使用 B 電池，則電源燈為黃燈；若 A、B 電池均不足，則電源燈變?yōu)榧t色，此時應更換電池。 未進入 3D 狀態(tài)時，信息燈每閃爍N 次紅燈，則衛(wèi)星閃爍一次紅燈（N 表示可視的衛(wèi)星數(shù)）；進入3D 狀態(tài)后，開始記錄，此時信息燈閃爍M 次綠燈，衛(wèi)星燈閃爍一次綠燈，（M 表示采集間隔，即每隔M 秒記錄一次數(shù)據(jù)）。GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 北極星北極星9600型型GPS接收機簡介接收機簡介42;.n 接收機操作 系統(tǒng)界面l 衛(wèi)星分布圖l 系統(tǒng)提示框 北京時間 記錄時間 剩余容量 采用的電源系統(tǒng)及電量顯示l 功能項GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號 北極星北極星9600型型GPS接收機簡介接收機簡介 F1 F2 F3 F4 PWR43;.n 接收機操作 系統(tǒng)界面l