GPS系統(tǒng)組成及信號

1、第4章GPS系統(tǒng)組成及信號本章內(nèi)容 4.1 GPS的系統(tǒng)組成 4.2 GPS的信號結(jié)構(gòu) 4.3 美國政府GPS政策4.1 系統(tǒng)組成 GPS的空間部分 GPS的系統(tǒng)組成 用戶設(shè)備部分4.1.1 GPS的系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備部分等三部分組成4.1.2 GPS的空間部分GPS衛(wèi)星星座 6個軌道面，平均軌道高度20200km，軌道傾角55 ，周期11h 58min設(shè)計星座：21+3 21顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星 保證在24小時，在高度角15以上，能夠同時觀測到4至8顆衛(wèi)星當(dāng)前星座：31顆類型 試驗衛(wèi)星：Block 工作衛(wèi)星：Block - Block - B

2、lock A - Block R - Block F（新一代的GPS衛(wèi)星） GPS衛(wèi)星 作用：發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設(shè)備：原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）、信號生成與發(fā)射裝置 第一代衛(wèi)星現(xiàn)已停止工作。 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，表現(xiàn)在軍事功能和數(shù)據(jù)存儲容量。Block 只能存儲供45天用的導(dǎo)航電文，而Block A則能夠存儲供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)計中，以取代第二代衛(wèi)星，改善全球定位系統(tǒng)。其特點是：可對自己進行自主導(dǎo)航；每顆衛(wèi)星將

3、使用星載處理器，計算導(dǎo)航參數(shù)的修正值，改善導(dǎo)航精度，增強自主能力和生存能力。據(jù)報道，該衛(wèi)星在沒有與地面聯(lián)系的情況下可以工作6個月，而其精度可與有地面控制時的精度相當(dāng)。Block R：衛(wèi)星間可以相互跟蹤和通信；Block -M：可發(fā)射L2C和M碼；Block F：新一代的GPS衛(wèi)星，增設(shè)第三民用頻率（1176.45MHz）,2010年5月28日，首顆Block F衛(wèi)星發(fā)射成功，8月27日正式投入使用。Block 衛(wèi)星Block 衛(wèi)星Block R衛(wèi)星GPS衛(wèi)星星座（=35 ，=90）4.1.3 地面監(jiān)控部分GPS的地面控制部分（地面監(jiān)測系統(tǒng)） 組成：主控站（1個）、監(jiān)測站（17個）和注入站（3個

4、） 作用：監(jiān)測和控制衛(wèi)星運行，編算衛(wèi)星星歷（導(dǎo)航電文），保持系統(tǒng)時間。主控站監(jiān)控站監(jiān)控站注入站/監(jiān)控站注入站/監(jiān)控站注入站/監(jiān)控站地面監(jiān)控系統(tǒng)工作流程主控站（1個）作用： 收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)； 通過注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令； 衛(wèi)星維護與異常情況的處理。地點：美國克羅拉多州法爾孔空軍基地。監(jiān)測站（17個）作用：接收衛(wèi)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：美國空軍：夏威夷、主控站及四個監(jiān)測站。國防部下屬的國家地球空間信息局NGA：11個監(jiān)測站。注入站（3個）作用：將導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星。地點：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞

5、（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）。4.1.3 用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分 - GPS信號接收機及相關(guān)設(shè)備接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的設(shè)備多數(shù)采用石英鐘GPS接收機:能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的衛(wèi)星信號接收設(shè)備(1) 導(dǎo)航型接收機 此類型接收機主要用于運動載體的導(dǎo)航，它可以實時給出載體的位置和速度。單點實時定位精度較低，一般為25m,有SA影響時為100m。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，此類接收機可以進一步分為：1.按接收機的用途分類可分為： 車載型用于車輛導(dǎo)航定位； 航海型用于船舶導(dǎo)航定位； 航空型用于飛機導(dǎo)航定位。由于飛機運行速度快，因此，在航空用的接收機要求能適應(yīng)高速運動。 星載型用于衛(wèi)

6、星的導(dǎo)航定位。由于衛(wèi)星的運動速度高達7公里/秒以上，因此對接收機的要求更高。 (2) 測地型接收機 測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度高。儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。(3) 授時型接收機 這類接收機主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。2.按接收機的載波頻率分類(1) 單頻接收機 單頻接收機只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線（Y方法技術(shù)：軌道加繞（長周期，慢變化）技術(shù)：星鐘加繞（高頻抖動，短周期，快變化）已于2000年5月1日取消4.3.3 GPS現(xiàn)代化提高信號質(zhì)量在L2上增加C/A碼增加第三民用頻率L5增加2個軍用碼：M1，M2局部關(guān)閉思考題1、GPS由哪幾部分組成，各部分的功能是什么？2、GPS信號包括哪些成分？3、什么是偽