衛(wèi)星通信講義

衛(wèi)星通信導(dǎo)論一、衛(wèi)星通信系統(tǒng)綜述；二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)；三、通信系統(tǒng)的多址技術(shù)；四、衛(wèi)星通信傳輸工程；五、VSAT系統(tǒng)簡介；六、GPS系統(tǒng)簡介；七、銥系統(tǒng)簡介；目前全球無線通信技術(shù)的熱點(diǎn)3GMMDSWLANWiMAXUWB全球移動通信系統(tǒng)全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)名稱802.11X802.16aLMDSHomeRFHiperLAN2最大傳輸速率（物理層）54Mbps134.4Mbps14.kbps～155Mbps10Mbps54Mbps覆蓋范圍100m48km3~7km50m80mQoS不支持支持支持支持支持工作頻帶2.4/5GHz2～66GHz28GHz2.4GHz5GHz信道帶寬25MHz1.5～28MHz1GHz5MHz25MHz主要優(yōu)點(diǎn)高速度，低成本、應(yīng)用成熟多用途，快速，遠(yuǎn)距離多業(yè)務(wù)、高帶寬、超大容量應(yīng)用成熟安全、移動性好、低功耗、低成本主要缺點(diǎn)覆蓋太小，安全性較差正在開發(fā)中受天氣影響較大、成本較高覆蓋太小、速率較低、頻帶擁擠、不支持圖像業(yè)務(wù)覆蓋太小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)，三顆同步衛(wèi)星即可覆蓋全球；頻帶寬，容量大；機(jī)動性好，不受地理?xiàng)l件限制；通信可靠性高，質(zhì)量好而穩(wěn)定；費(fèi)用與距離無關(guān)；有多址能力，組網(wǎng)靈活；可實(shí)現(xiàn)區(qū)域及全球個(gè)人移動通信。通信衛(wèi)星的分類按軌道分：赤道軌道，極軌道，傾斜軌道，同步衛(wèi)星，移動衛(wèi)星，GEO，MEO，LEO；按通信范圍分類：國際通信衛(wèi)星，區(qū)域性通信衛(wèi)星，國內(nèi)通信衛(wèi)星；按用途分類：綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星，軍事通信衛(wèi)星，海事通信衛(wèi)星，電視直播衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星等；按轉(zhuǎn)發(fā)能力分類：無星上處理能力，有星上處理能力；按頻段分類0.1-0.3（GHz），VHF，移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù)；0.3-1.0，UHF，移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù)；1.0-2.0，L，移動業(yè)務(wù)、指令傳輸；2.0-4.0，S，移動業(yè)務(wù)、指令傳輸；4.0-8.0(4/6)，C，固定業(yè)務(wù)；8..0-12.0，X；12.0-18.0(12/14)，Ku，固定、DSS業(yè)務(wù)；18.0-24.0，K；24.0-30.0，Ka；33.0-50.0，Q；50.0-75.0，V。按重量分類大型衛(wèi)星，Large，>1000kg，>1億美元；小衛(wèi)星，Small，500-1000kg，0.5-1億美元；微小衛(wèi)星，Mini，100-500kg，500-2000萬美元；微衛(wèi)星，Micro，10-100kg，200-300萬美元；納衛(wèi)星，Nano，<10kg，<100萬美元；皮衛(wèi)星，Pico，<1kg。世界衛(wèi)星通信發(fā)展簡史1000AD中國發(fā)明火箭1945AutherCClarke提出三顆同步衛(wèi)星覆蓋全球1957前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆衛(wèi)星SPUTNIK1963美國發(fā)射世界上第一顆同步衛(wèi)星SYNCOM1964INTELSAT建立1965第一顆商用同步衛(wèi)星INTELSAT-11979INMARSAT（海事）建立1970中國發(fā)射第一顆衛(wèi)星DFH-1世界衛(wèi)星通信發(fā)展簡史截止1999年底全球有300顆同步通信衛(wèi)星提供60％洲際通信和100％國際電視轉(zhuǎn)播全球在軌轉(zhuǎn)發(fā)器4467個(gè)正在建造的轉(zhuǎn)發(fā)器1793個(gè)1997年世界衛(wèi)星市場售業(yè)額512億美元2007年預(yù)計(jì)達(dá)1900億美元2004－2010年將發(fā)射350顆同步通信衛(wèi)星

中國衛(wèi)星通信的發(fā)展史1000AD中國發(fā)明火箭；1970中國發(fā)射第一顆衛(wèi)星DFH-1；1984年4月，發(fā)射了第一顆試驗(yàn)用“同步通信衛(wèi)星”

STW-1（即東方紅二號）；1986年2月于我國西昌發(fā)射場，用長征3號火箭成功發(fā)射第二顆“實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星”STW-2；

1988年3月，又于西昌發(fā)射場，用長征3號火箭發(fā)射成功第一顆“實(shí)用通信衛(wèi)星”，即“東二甲”衛(wèi)星；到2002底中國共發(fā)射約60顆衛(wèi)星。衛(wèi)星通信在在中國的特特殊地位地域遼闊，，960萬平方公里里，東西南南北跨度均均超過5000公里，地形形復(fù)雜，山山區(qū)占31%，高原26%，丘陵10%，平原僅占31%；人口眾多，，13億人口，8億農(nóng)村人口口，全國1/5以上行政村尚無無電話；經(jīng)濟(jì)增長迅迅速，西部部和農(nóng)村經(jīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展尤尤為重要。。空間站衛(wèi)星系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)衛(wèi)星的主要要設(shè)備包括括下列七七大系統(tǒng)位置與姿態(tài)態(tài)控制系統(tǒng)統(tǒng)；天線系統(tǒng)；轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)統(tǒng)；遙測指令系系統(tǒng)；電源系統(tǒng)；溫控系統(tǒng)；入軌和推進(jìn)進(jìn)系統(tǒng)。推進(jìn)系統(tǒng)的的自旋控制制我國自制衛(wèi)衛(wèi)星的發(fā)展展情況1970年4月24日東方紅一一號1975年11月26日返回式遙遙感衛(wèi)星1984年4月8日試驗(yàn)通信信衛(wèi)星1986年2月1日東方紅二二號甲1988年3月7日東方紅二二號甲1988年12月22日實(shí)用通信信衛(wèi)星1990年2月4日實(shí)用通信信衛(wèi)星1997年5月12日東方紅三三號甲1970年4月24日發(fā)射的第第一顆人造造地球衛(wèi)星星。星上的儀器器艙裝有電電源、測軌軌用的雷達(dá)達(dá)應(yīng)答機(jī)、、雷達(dá)信標(biāo)標(biāo)機(jī)、遙測測裝置、電電子樂音發(fā)發(fā)生器和發(fā)發(fā)射機(jī)、科科學(xué)試驗(yàn)儀儀器等。衛(wèi)星的的主要要任務(wù)務(wù)是向向太空空播放放“東方紅紅”樂曲，，同時(shí)時(shí)進(jìn)行行衛(wèi)星星技術(shù)術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)，探探測電電離層層和大大氣密密度。。星上采采用銀銀鋅蓄蓄電池池作電電源，，電池池壽命命有限限，衛(wèi)衛(wèi)星運(yùn)運(yùn)行20天后，，電池池耗盡盡，“東方紅紅”樂曲停停止播播放，，衛(wèi)星星結(jié)束束了它它的工工作壽壽命。。東方紅紅一號號微小衛(wèi)衛(wèi)星的的應(yīng)用用國際空空間站站?總質(zhì)量量423噸、長長108米、寬寬88米，密密封艙艙容積積達(dá)1202立方米米?運(yùn)行高高度397KM，傾角角51.6度?空間站站由多多個(gè)模模塊組組合而而成?第一艙艙“曙光”號功能能貨艙艙和服服務(wù)艙艙已于于發(fā)射射成功功國際空空間站站?建造分分三個(gè)個(gè)階段段1994-1998試驗(yàn)航航天飛飛機(jī)與與俄“和平”號空間間站對對接1998-2000初期裝裝配階階段，，建立立空間間站核核心部部分，，第一一批宇宇航員員登上上空間間站2000-2004最后裝裝配階階段?我國參參與了了其中中“阿爾法法”磁譜儀儀的研研制?主要用用于微微重力力科學(xué)學(xué)、空空間材材料加加工、、對天天地觀觀測等等活動動通信系系統(tǒng)的的多址址技術(shù)術(shù)正交性性原理理發(fā)射機(jī)機(jī)1發(fā)射機(jī)機(jī)2發(fā)射機(jī)機(jī)N信道接收機(jī)機(jī)多址系系統(tǒng)的的信道道容量量理想AWGN的信道道容量量：多址系系統(tǒng)的的信道道容量量：N0——AWGN的功率率譜密密度通信系系統(tǒng)的的多址址技術(shù)術(shù)FDMATDMACDMASDMAALOHAFTCODEFDMA采用FDD的雙工工模式式………信道帶寬信道n信道1功率時(shí)間移動臺收（基站發(fā)）移動臺發(fā)（基站收）信道n信道1信道2收發(fā)間隔FDMA的信道道容量量單用戶戶的信信道容容量：：對于固固定的的帶寬寬W，隨著著用戶戶數(shù)量量K的增加加，總總的容容量是增增加的的，但但是分分配給給每個(gè)個(gè)用戶戶的容容量和和帶寬寬卻逐逐漸減減少，因因此實(shí)實(shí)際上上總的的信道道容量量不可可能無無限的的增加加?？偟男判诺廊萑萘浚海篢DMA1.TDD的雙工工模式式：2.子幀的的捕獲獲和同同步CH1CH2時(shí)隙….CH1CH2時(shí)隙….上行幀下行幀功率頻率時(shí)間GSM的幀長長為4.6ms，每幀8個(gè)時(shí)隙隙。TDMA的信道容容量TDMA的信道容容量與FDMA相同，但但是從應(yīng)應(yīng)用的觀點(diǎn)來說說，TDMA中當(dāng)K很大時(shí)，，對發(fā)送送機(jī)來說說，保持發(fā)送送機(jī)功率率為K*S是不可能能的。因因此，用用戶的數(shù)量在在實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中存存在限制制。單用戶的的信道容容量：CDMA邏輯信道道2邏輯信道道1邏輯信道道3邏輯信道道N碼字（偽偽隨即序序列）頻率時(shí)間CDMA的信道容容量每個(gè)用戶戶的容量量由于系統(tǒng)統(tǒng)使用同同樣的頻頻段，因因此在極極端狀況況有可能能其他所有有的（K-1）個(gè)用戶戶成為噪噪聲。CDMA移動通信信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)：1.擴(kuò)頻通信信；2.軟切換；；3.功率控制制技術(shù)；；4.多徑分集集接收；；CDMA的主要技技術(shù)特點(diǎn)點(diǎn)大容量；；單一無線線信道；；軟切換；；話音激活活技術(shù)；；具有所有有擴(kuò)頻技技術(shù)的特特點(diǎn)；SDMA空分多址址是通過過空間的的分割來來區(qū)別不不同的用用戶（達(dá)到正正交性）），目前前主要采采用自適適應(yīng)陣列列天線來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。它的的主要參參數(shù)包括括：工作作頻點(diǎn)、、波束夾角和和波束覆覆蓋的半半徑。隨即多址址技術(shù)1、概念；；2、分類：：ALOHA，CSMA，PRMA3、ALOHA的性能指指標(biāo)：通過量；；分組平均均延時(shí)；；信道利用用率；第四章衛(wèi)衛(wèi)星通通信系統(tǒng)統(tǒng)的鏈路路傳輸工工程1、衛(wèi)星通通信系統(tǒng)統(tǒng)的信道道模型；；2、衛(wèi)星移移動通信信的鏈路路特性；；3、星－地地鏈路損損耗；4、衛(wèi)星通通信全鏈鏈路質(zhì)量量多徑信道道模型是接收端端接收到到的信號號；是是由于于多徑效效應(yīng)產(chǎn)生生的不同衰落落的衰落落系數(shù)，，對應(yīng)于于時(shí)變系系統(tǒng)，衰衰落系數(shù)數(shù)是隨時(shí)時(shí)間變化的,是時(shí)間的的函數(shù)；；在時(shí)不不變系統(tǒng)統(tǒng)中，衰衰落系數(shù)數(shù)為一組組固定的常常數(shù)。是是系統(tǒng)的的時(shí)延；；是是頻偏偏；是是信道中中的噪聲；；L是信道中中的路徑徑數(shù)目；；A是整體信信道對信信號幅度度的增益。與多徑信信道等效效的FIR濾波器衛(wèi)星通信信的鏈路路特性1.頻率選擇擇性失真真：由信道相相干帶寬寬和發(fā)送送信號帶帶寬之差差引起的不不同頻率率下的增增益和相相位變化化；通過來來分析析。2.衰落失真真：由信道的的時(shí)變引引起的，，主要是是多普勒勒頻移。噪聲與干干擾P39系統(tǒng)熱噪噪聲1、等效噪噪聲溫度度噪聲功率率譜密度度：輸出噪聲聲功率：：其中：宇宙噪聲聲外部環(huán)境境干擾其他干擾擾2、有耗無無源網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的等效效噪聲溫溫度3、級聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的等等效噪聲聲溫度星－地鏈鏈路損耗耗1、自由空空間傳播播損耗：：````````````````````饋線（波波導(dǎo)）損損耗P40LF：饋線損損耗，dB；T0：環(huán)境溫溫度；k：波耳耳茲曼常常數(shù)；B：帶寬；；級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的噪聲聲N級網(wǎng)絡(luò)的的級聯(lián)總總噪聲星－地鏈鏈路損耗耗2、鏈路附附加損耗耗：大氣吸收收損耗；；雨衰；大氣折射射干擾；；電離層的的閃爍與與多徑；；衛(wèi)星通信信全鏈路路質(zhì)量一、鏈路路預(yù)算分分析：發(fā)射機(jī)信道接收天線線發(fā)射天線線接收機(jī)饋線損耗耗饋線損耗耗信噪比的的預(yù)算接收系統(tǒng)統(tǒng)的等效效噪聲溫溫度衛(wèi)星通信信全鏈路路傳輸質(zhì)質(zhì)量鏈路預(yù)算算的案例例一、上行行鏈路的的載波噪噪聲溫度度比；二、下行行鏈路的的載波噪噪聲溫度度比；5.GPS系統(tǒng)5.1GPS的發(fā)展；；5.2GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)；5.3GPS定位的基基本原理理；5.4GPS信號結(jié)構(gòu)構(gòu)和接收收機(jī)基本本工作原原理；5.5GPS功能模塊塊的應(yīng)用用案例。。5.1GPS的發(fā)展歷歷史一、早期期的衛(wèi)星星三角測測量技術(shù)術(shù)；已知A,B兩點(diǎn)的坐坐標(biāo)位置置，通過過在三點(diǎn)點(diǎn)的衛(wèi)星星攝影圖片片，利用用立體幾幾何的簡簡單原理理對C點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)作出估計(jì)計(jì)。5米的點(diǎn)位位精度。。二、基于于多普勒勒定位的的NNSS（海軍衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)航航系統(tǒng)））；利用開普普勒效應(yīng)應(yīng)測量地地面觀測測站與衛(wèi)衛(wèi)星的距距離或距離差差，得到到觀測點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)。5.1GPS的發(fā)展歷歷史1958年12月開始，，U.S.和Hopkins大學(xué)研制制。到1961年11月，先后后發(fā)射了了6顆用于試試驗(yàn)的““子午衛(wèi)星（（極軌道道衛(wèi)星））”。衛(wèi)衛(wèi)星高度度950～1200km，每隔2小時(shí)可觀觀測到一一次。它它由三部部分組成成：子午衛(wèi)星、、地面跟跟蹤網(wǎng)和和用戶接接收機(jī)。。地面跟蹤蹤網(wǎng)：跟跟蹤站、、計(jì)算中中心、注注入站、、海軍天文文臺和控控制中心心。它們們的任務(wù)務(wù)是測定定各衛(wèi)星的軌軌道參數(shù)數(shù)，并定定時(shí)將這這些數(shù)據(jù)據(jù)和時(shí)間間信號注入到到相應(yīng)的的各顆衛(wèi)衛(wèi)星上，，以便衛(wèi)衛(wèi)星可以以按時(shí)向地面面播發(fā)。。5.1GPS的發(fā)展歷歷史用戶接收收機(jī)：用來接接受衛(wèi)星星發(fā)射的的信號、、測量多多普勒頻移移、解譯譯軌道參參數(shù)和計(jì)計(jì)算接收收機(jī)三維維地心坐標(biāo)。1967年7月，美國國政府將將解密的的子午衛(wèi)衛(wèi)星部分分電文給予予民用。。70s中期，我我國引進(jìn)進(jìn)該系統(tǒng)統(tǒng)接收機(jī)機(jī)，并進(jìn)行了了幾次大大規(guī)模的的多普普勒定位位項(xiàng)目：：聯(lián)合測測設(shè)的全國國衛(wèi)星多多普勒大大地網(wǎng)、、西北地地區(qū)衛(wèi)星星多普勒勒定位網(wǎng)、、全國陸陸地海洋洋衛(wèi)星定定位網(wǎng)、、南極長長城測量量等。點(diǎn)精精度可達(dá)達(dá)到分米米級。缺陷是：：無法法真正實(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)性。5.1GPS的發(fā)展歷歷史三、GPS系統(tǒng)：特點(diǎn)點(diǎn)：高精精度、全全天候、、高效率率、多功功能、易操作、、應(yīng)用廣廣等。成為當(dāng)今今世界上上最實(shí)用用，也是應(yīng)用最最廣泛的的全球精精密導(dǎo)航航、指揮揮和調(diào)度度系統(tǒng)。。利用用衛(wèi)星星星歷和載載波信號號傳播時(shí)時(shí)間差測測距，并通過坐坐標(biāo)轉(zhuǎn)換換算法（（WGS-84大地坐標(biāo)標(biāo)系地面網(wǎng)坐標(biāo)標(biāo)）。1973年12月美國國國防部立立項(xiàng)，投投資200億美美元，，于于1989年完完成成實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)系系統(tǒng)統(tǒng)測測試試并并正正式式投投入入運(yùn)運(yùn)營營，，5.1GPS的發(fā)發(fā)展展歷歷史史1994年建建成成完完整整的的GPS系統(tǒng)統(tǒng)，，國國防防部部于于1996年12月31日停停止止了了之之前前提提供供全全球球定定位位、、導(dǎo)導(dǎo)航航和和測測量量用用的的NNSS系統(tǒng)統(tǒng)，，正正式式進(jìn)進(jìn)入入GPS時(shí)代代。。另外外，，有有前前蘇蘇聯(lián)聯(lián)研研制制開開發(fā)發(fā)成成功功了了GLONASS系統(tǒng)統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem），，歐歐洲洲空空間間局局正在在發(fā)發(fā)展展以以民民用用為為主主的的NAVSAT系統(tǒng)統(tǒng)。。5.1GPS的發(fā)發(fā)展展歷歷史史GPS提供供的的主主要要業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)：：海陸陸空空運(yùn)運(yùn)動動目目標(biāo)標(biāo)的的導(dǎo)導(dǎo)航航、、監(jiān)監(jiān)控控、、管管理理、、報(bào)報(bào)警警和救救援援；；大地地測測量量、、工工程程測測量量、、變變形形檢檢測測、、地地籍籍測測量量、、航空空攝攝影影測測量量和和海海洋洋測測繪繪；；森林林火火災(zāi)災(zāi)定定位位、、提提供供精精密密標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)時(shí)時(shí)間間、、物物理理探探礦及及檢檢測測地地殼殼運(yùn)運(yùn)動動等等。。5.2GPS的系系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)空間間星星座座部部分分：：包包括括GPS工作作衛(wèi)衛(wèi)星星和和備備用用衛(wèi)星星；；地面面監(jiān)監(jiān)控控部部分分：：控控制制整整個(gè)個(gè)系系統(tǒng)統(tǒng)和和時(shí)時(shí)間間，，負(fù)負(fù)責(zé)軌軌道道檢檢測測和和預(yù)預(yù)報(bào)報(bào)；；用戶戶設(shè)設(shè)備備部部分分：：各各種種兼兼容容的的接接收收機(jī)機(jī)。。一、、空空間間星星座座部部分分21顆工工作作衛(wèi)衛(wèi)星星和和3顆備備用用衛(wèi)衛(wèi)星星均均勻勻分分布布在在6個(gè)軌軌道道面上上；；迄今今為為止止，，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)了了三三代代衛(wèi)衛(wèi)星星：：Block1、Block2和Block3；功能能：：1、向向廣廣大大用用戶戶連連續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)送送定定位位信信息息；；2、接接受受和和存存儲儲地地面面站站發(fā)發(fā)來來的的衛(wèi)衛(wèi)星星導(dǎo)導(dǎo)航航電電文文等等信信息息；；3、接接受受地地面面監(jiān)監(jiān)控控站站的的控控制制；；4、通通過過星星載載的的高高精精度度““銣銣””鐘鐘和和““銫銫””鐘鐘，，提提供供精精密密的時(shí)時(shí)間間標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。二、、地地面面站站1、主主控控站站：：1個(gè)設(shè)在在美美國國本本土土的的科科羅羅拉拉多多州州斯斯本本斯斯，，主主要要用用來來產(chǎn)生生參參數(shù)數(shù)和和控控制制衛(wèi)衛(wèi)星星等等；；2、檢檢測測站站：：5個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)自自動動采采集集中中心心，，分分布布在在美美國國本本土土和和三三大大洋洋的美美軍軍軍軍事事基基地地；；3、注注入入站站：：3個(gè)將主主控控站站的的導(dǎo)導(dǎo)航航電電文文注注入入到到相相應(yīng)應(yīng)衛(wèi)衛(wèi)星星的的存存儲儲器器。。三、、用用戶戶端端設(shè)設(shè)備備包含含各各種種兼兼容容GPS系統(tǒng)統(tǒng)的的不不同同公公司司的的產(chǎn)產(chǎn)品品；；設(shè)備備由由GPS接收收機(jī)機(jī)及及其其天天線線、、CPU、電電源源和終終端端設(shè)設(shè)備備等等部部分分構(gòu)構(gòu)成成；；目前前主主要要有有徠徠卡卡（（Leica）公公司司、、天天寶寶（（Trimble）公司司、、阿阿士士杰杰（（Ashtech）公公司司、、Koden、Garmin。5.3GPS基本本工工作作原原理理通過過接接受受（（只只需需接接受受無無需需發(fā)發(fā)送送））來來自自至至少少4顆工工作作衛(wèi)衛(wèi)星星的的導(dǎo)導(dǎo)航航電電文文，，利利用用其其中中的的時(shí)間間信信號號（或或者者載載波波相相位位偏偏移移））計(jì)計(jì)算算接接收收點(diǎn)點(diǎn)與與衛(wèi)衛(wèi)星星的的距距離離，，在得得到到衛(wèi)星星星星歷歷的情情況況下下接接收收點(diǎn)點(diǎn)的的位位置置（（緯緯度度、、經(jīng)度度和和高高度度））就就可可以以精精確確地地確確定定。。衛(wèi)衛(wèi)星星作作為為測測量量位置置標(biāo)標(biāo)記記并并利利用用一一個(gè)個(gè)時(shí)時(shí)間間標(biāo)標(biāo)記記，，通通過過三三角角關(guān)關(guān)系系來來確定定緯緯度度、、經(jīng)經(jīng)度度和和高高度度（（基基于于WGS-84大地地坐坐標(biāo)標(biāo)系）），，然然后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為各各個(gè)個(gè)國國家家大大地地坐坐標(biāo)標(biāo)系系，，然然后后根根據(jù)不不同同的的業(yè)業(yè)務(wù)務(wù)進(jìn)進(jìn)行行信信息息處處理理。。5.3GPS基本本工工作作原原理理衛(wèi)星星星星歷歷每一一顆顆衛(wèi)衛(wèi)星星都都會會廣廣播播其其星星歷歷表表，，該該星星歷歷表表包含含用用來來計(jì)計(jì)算算其其軌軌道道位位置置的的軌軌道道要要素素，，由由地地面面控制制站站不不斷斷地地更更新新和和修修正正。。時(shí)間間系系統(tǒng)統(tǒng)1、作為為原子子級時(shí)時(shí)間基基準(zhǔn)；；2、利利用時(shí)時(shí)間計(jì)計(jì)算傳傳輸延延遲。。載波相相位偏偏移即多普普勒頻頻移5.3.不同的的定位位方式式一、單單點(diǎn)定定位和和相對對定位位；單點(diǎn)定定位采采用延延遲時(shí)時(shí)間定定位方方式。。相對定定位（（差分分定位位），，還可可以使使用載載波相位觀觀測定定位方方式。。二、動動態(tài)定定位和和靜態(tài)態(tài)定位位；三、精精準(zhǔn)定定位服服務(wù)（（PPS）和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)定定位服服務(wù)（（SPS）5.3美方的的SA政策SA：SelectiveAvailability，選擇擇可用用性認(rèn)認(rèn)為的的施加誤誤差以以降低低GPS衛(wèi)星的的星歷歷精度度和星星載時(shí)時(shí)鐘頻率率精度度，以以限制制民用用和他他國利利用GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)（（或快快速））和較較高精精度的的定位位。在在SA信號的影響響下，，SPS的單點(diǎn)點(diǎn)定位位精度度從20～30m降到100m（水平平）和和150m（垂直直）削弱SA的策略略：1、建立立獨(dú)立立的GPS衛(wèi)星測測軌系系統(tǒng)；；2、開發(fā)發(fā)多系系統(tǒng)兼兼容的的接收收機(jī)；；3、發(fā)展展差分分定位位技術(shù)術(shù)；4、開展展傳輸輸工程程技術(shù)術(shù)的研研究。。日本區(qū)區(qū)域性性導(dǎo)航航衛(wèi)星星系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)劃劃日本科科學(xué)與與技術(shù)術(shù)廳于于1996年提出出建立立一個(gè)個(gè)區(qū)域域性導(dǎo)航衛(wèi)衛(wèi)星系系統(tǒng)，，擬通通過在在通信信衛(wèi)星星上搭搭載導(dǎo)導(dǎo)航載載荷來來實(shí)現(xiàn)，，其星星座由由1顆地球球靜止止軌道道衛(wèi)星星和3顆或8顆低軌軌道衛(wèi)星星組成成。這這一建建議雖雖因美美國的的反對對而擱擱淺，，但日日本并未未徹底底放棄棄原來來的打打算。。日本本科學(xué)學(xué)與技技術(shù)廳廳于1997年3月要求求日本本宇宙宙開發(fā)發(fā)事業(yè)業(yè)團(tuán)用用7年時(shí)間間開發(fā)發(fā)導(dǎo)航衛(wèi)星星的關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)，，如研研制星星載高高精度度氫原原子鐘鐘和精精密定軌技技術(shù)、、衛(wèi)星星軌道道保持持技術(shù)術(shù)等。。日本本計(jì)劃劃在1999年以后發(fā)發(fā)射“多功能能運(yùn)輸輸衛(wèi)星星”(MTSAT)。該衛(wèi)衛(wèi)星服服務(wù)于于國際民航航組織織提出出的通通信導(dǎo)導(dǎo)航監(jiān)監(jiān)視／／空中中交通通管理理系統(tǒng)統(tǒng)，并建立立基于于MTSAT衛(wèi)星的的GPS增強(qiáng)系系統(tǒng)，，包括括增發(fā)發(fā)GPS格式的測測距信信號。。中國民民間衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)導(dǎo)航應(yīng)應(yīng)用的的情況況按照美美國的的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，開開展導(dǎo)導(dǎo)航軍軍事應(yīng)應(yīng)用的的同時(shí)時(shí)開發(fā)發(fā)民間應(yīng)應(yīng)用，，可廣廣泛帶帶動導(dǎo)導(dǎo)航產(chǎn)產(chǎn)品市市場。。美國國政府府部門門在2000年5月宣稱稱，其其GPS設(shè)備全全球范范圍有有用戶戶400萬以上，有有關(guān)GPS商品和和服務(wù)務(wù)的應(yīng)應(yīng)用市市場在在今后后3年內(nèi)將將翻一番，，即由由80億上升升至160億美元元以上上。歐歐洲導(dǎo)導(dǎo)航市市場估計(jì)在在2025年間用用戶設(shè)設(shè)備收收益為為880億歐元元，服服務(wù)收收益為1120億歐元元，由由伽利略略引起的的歐洲洲設(shè)備備工業(yè)業(yè)出口口為700億歐元元，總總和為為2700億歐元元。其其中新新興的的最有有希望望的道路路交通通應(yīng)用用占77％，海海運(yùn)占占1％，民民航和和鐵路路各占占不到1％，其其他如如精細(xì)細(xì)農(nóng)業(yè)業(yè)、海海上勘勘探、、大地地測量量和精精密時(shí)間間同步步等占占21％。伽利略略計(jì)劃投資資為35億歐元，中國民間衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)應(yīng)用的情況況預(yù)計(jì)2005～2025年間（相當(dāng)當(dāng)于兩代伽伽利略衛(wèi)星星）民用經(jīng)濟(jì)效益益為900億歐元，返返回政府的的直接與間間接稅收是450億歐元，提提供10萬個(gè)高新技技術(shù)就業(yè)機(jī)機(jī)會。中國民用衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)航市市場廣闊，，潛在經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益巨大，是今后后可持續(xù)發(fā)發(fā)展的重要要因素。在在本國自主主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)統(tǒng)正式運(yùn)行行以前，中中國民用衛(wèi)衛(wèi)星導(dǎo)航目目前主要集中于于對GPS的應(yīng)用.中國自主研研制的第一一代

衛(wèi)星星導(dǎo)航定位位系統(tǒng)2000年10月31日和12月21日中國相繼繼成功發(fā)射射第一顆和第第二顆導(dǎo)航航定位試驗(yàn)驗(yàn)衛(wèi)星。報(bào)報(bào)道稱中國國將自行建立第第一代衛(wèi)星星導(dǎo)航定位位系統(tǒng)――北斗星導(dǎo)航航系統(tǒng)。5.4GPS的信號結(jié)構(gòu)構(gòu)GPS衛(wèi)星信號包包括：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼測距碼包括括：C/A碼（粗捕獲獲碼）和P碼（精密測測距碼）時(shí)鐘基本頻頻率為：10.23MHz。調(diào)制方式為為：BPSK（0度的幅值為為1，代表邏輯輯“1”，180度代表邏輯輯“0”）測距碼的產(chǎn)產(chǎn)生基本頻率10.23MHzL1＝1575.42MHzL2＝1227.6MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz無測距碼的產(chǎn)產(chǎn)生L1載波C/A碼電文P碼L2載波90度相移－模2加－混頻C/A碼和P碼的產(chǎn)生兩種碼字都都由最長線線性一位寄寄存器碼序序列（m序列）產(chǎn)生生的復(fù)合碼碼。m序列：由多多級反饋移移位寄存器器電路產(chǎn)生生。編碼電路范范例如下圖圖：異或運(yùn)算噪聲通信理理論M序列統(tǒng)計(jì)特性是是（每個(gè)周周期內(nèi)）：：1、“0”、“1”出現(xiàn)的次數(shù)數(shù)基本相等等（只相差差一次）；；2、長度為n的游程出現(xiàn)現(xiàn)的次數(shù)比比長度為n+1的游程出現(xiàn)的的次數(shù)多一一倍；相關(guān)特性：：具有非常常好的相關(guān)關(guān)特性。互相關(guān)函數(shù)數(shù)的定義：：自相關(guān)函數(shù)數(shù)的定義：：M序列的自相相關(guān)特性一個(gè)周期RmGPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)據(jù)碼（導(dǎo)航航電文）導(dǎo)航電文是是用戶來定定位和導(dǎo)航航的數(shù)據(jù)基基礎(chǔ)。主要包括：：衛(wèi)星星歷歷、時(shí)鐘改改正、電離離層時(shí)延改改正、工作作狀態(tài)信息息以及由C/A碼捕獲P碼的信息。。12345123456789106sec0.6sec1個(gè)主幀1個(gè)子幀1個(gè)字碼0.02sec子幀4、5含25頁30sec數(shù)據(jù)碼結(jié)構(gòu)構(gòu)遙測碼（TLW，TelemetryWord）轉(zhuǎn)換碼（HOW，HandOverWord）1、第一數(shù)據(jù)據(jù)塊（第1幀）：標(biāo)標(biāo)示碼、時(shí)時(shí)延差改正，星期期序號，衛(wèi)衛(wèi)星的健康康狀況，數(shù)數(shù)據(jù)齡期，衛(wèi)星星時(shí)鐘改正正系數(shù)；2、第二數(shù)據(jù)據(jù)塊（第2、3幀）：開開普勒六參參數(shù)，軌道攝動九九參數(shù)，時(shí)時(shí)間兩參數(shù)數(shù)；3、第三數(shù)據(jù)據(jù)塊（第4、5幀）：包括括所有系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)的衛(wèi)星的的歷書數(shù)據(jù)據(jù)。接收機(jī)分類類1、按用途分分類：導(dǎo)航型接收收機(jī)：車載載型、航海海型和航空空型；測地型接收收機(jī)：授時(shí)型接收收機(jī)：2、按接收機(jī)機(jī)的載波頻頻率分類：：單頻接收機(jī)機(jī)；雙頻接收機(jī)機(jī)；接收機(jī)分類類3、按接收機(jī)機(jī)通道數(shù)分分類：多通道接收收機(jī)；序貫通道接接收機(jī)；多路復(fù)用通通道接收機(jī)機(jī)；4、按接收機(jī)機(jī)工作原理理：碼相關(guān)型接接收機(jī)；平方型接收收機(jī)；混合型接收收機(jī)；干涉型接收收機(jī)；接收機(jī)的組組成一、接收機(jī)機(jī)的天線單單元：包括天線和和前置放大大器；天線類型：：單板天線線、四螺旋旋形天線、、微帶天線、錐形形天線。二、接收機(jī)機(jī)主機(jī)：1、變頻器2、信號通道道3、存儲器4、微處理器器5、顯示器和和控制部分分5.4接收機(jī)定位位工作原理理GPS單點(diǎn)定位結(jié)結(jié)果參考于于WGS-84坐標(biāo)系，電電子地圖的制制作一般是是以原始的的地形圖或或地籍圖為為基礎(chǔ)，通過數(shù)數(shù)字化來實(shí)實(shí)現(xiàn)的。為為了與電子子地圖的當(dāng)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系或高高斯坐標(biāo)相相一致，將將目標(biāo)位置置顯示在屏屏幕上，還需進(jìn)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。大地坐標(biāo)到到平面坐坐標(biāo)的的直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換公式為：：在以上所建建立的兩種種坐標(biāo)系間間的直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系式式中沒有考考慮高程，，當(dāng)?shù)貓D上上不同區(qū)域域的高程發(fā)發(fā)生變化時(shí)時(shí)，利用這這樣的直接接轉(zhuǎn)換必然然會產(chǎn)生投投影誤差，，由此而得得的轉(zhuǎn)換結(jié)結(jié)果也會存存在一定的的誤差，所所以這種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換公式只只適用于城城市或者平平原丘陵地地區(qū)，這時(shí)時(shí)計(jì)算得的的平面坐標(biāo)標(biāo)與實(shí)際的的平面坐標(biāo)標(biāo)誤差很小小，對于實(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的的功能并無無大礙。GPS接收機(jī)對碼碼的量測就就可得到衛(wèi)衛(wèi)星到接收收機(jī)的距離，由于含含有接收機(jī)機(jī)衛(wèi)星鐘的的誤差及大大氣傳播誤誤差，故稱為偽距。。對C/A碼測得的偽偽距稱為C/A碼偽距，精精度約為20米左右，對對P碼測得的偽偽距稱為P碼偽距，精精度約為2米左右。接收機(jī)定位位工作原理理GPS應(yīng)用實(shí)例——基于嵌入式式系統(tǒng)的便便攜式GPS跟蹤系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)摘要：隨著嵌入式式系統(tǒng)的發(fā)發(fā)展，GPS、電子地圖圖同便攜式設(shè)設(shè)備相結(jié)合合的技術(shù)具具有廣闊的的應(yīng)用前景景，本系統(tǒng)將GPS接收板與JingWei，充分利用用JingWei板資源，實(shí)實(shí)現(xiàn)了全球球定位系統(tǒng)統(tǒng)與電子地地圖相結(jié)合合的目標(biāo)定位跟跟蹤，它可可以對靜態(tài)態(tài)目標(biāo)定位位和動態(tài)目目標(biāo)追蹤、顯示示追蹤路徑徑，并能將將當(dāng)前目標(biāo)標(biāo)所在位置置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)據(jù)根據(jù)POCSAG協(xié)議進(jìn)行編編碼，通過過發(fā)送模塊實(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送出去，，供監(jiān)控設(shè)設(shè)備接收。。關(guān)鍵詞：JingWei;GPS；電子地圖圖；定位跟跟蹤；1.設(shè)計(jì)目標(biāo)接收功能；；定向功能；；地圖顯示及及操作功能能；跟蹤功能；；發(fā)送功能；；2.設(shè)計(jì)方案2.設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)方案案考慮到GPS和電子地圖圖的實(shí)時(shí)性性，JingWei板的高性能能，將GPS和電子地圖圖結(jié)合在一起，完成成目標(biāo)的跟跟蹤功能。。2.1硬件結(jié)構(gòu)GPS25-LVS接收板JingWei嵌入式系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)射機(jī)2.2軟件流程2.3系統(tǒng)界面3.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)3.1電子地圖3.2GPS與嵌入式系系統(tǒng)的數(shù)據(jù)據(jù)交換目前許多GPS廠商遵循NMEA0183協(xié)議對PDA掌上電腦開開發(fā)了多種種導(dǎo)航型GPS接收機(jī)。這這些接收機(jī)提供了串串行通信接接口，串行行通信的參參數(shù)為：波特率4,800bps，8位數(shù)據(jù)位，，1位停止位，，無奇偶校驗(yàn)。。GPS接收機(jī)與掌掌上電腦通通信時(shí)，通通過串口每秒鐘發(fā)發(fā)送1組數(shù)據(jù)，包包括大約10條語句。通通信過程為：打開串口~配置串口~設(shè)置串口超超時(shí)~讀寫串口~關(guān)閉3.3跟蹤的基本本原理本系統(tǒng)通過過GPS接收機(jī)得到到目標(biāo)(攜帶GPS的目標(biāo))當(dāng)前的經(jīng)緯緯度信息，，經(jīng)過坐標(biāo)標(biāo)轉(zhuǎn)換得到到目標(biāo)在電電子地圖上的的坐標(biāo)，并并且在地圖圖上將相應(yīng)應(yīng)的位置顯顯示標(biāo)記，使觀觀測者能夠夠清楚地知知道目標(biāo)的的當(dāng)前位置置。從GPS接收機(jī)不斷斷地得到目目標(biāo)的當(dāng)前前位置，并并不斷地刷新其在在地圖上的的標(biāo)記，這這樣就能夠夠清楚地觀觀察到目標(biāo)經(jīng)