GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)

第3講衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與GPS衛(wèi)星信號(hào)李永川1?1.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)概述?2.衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)?3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)?4.GPS衛(wèi)星星歷?5.GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文?6.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算?7.GPS接收機(jī)工作原理內(nèi)容概述2人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于它所受到的各種作用力。這些作用力主要有地球?qū)πl(wèi)星的引力、太陽(yáng)和月亮對(duì)衛(wèi)星的引力、大氣阻力、太陽(yáng)光壓、地球潮汐力等。其中地球引力占主導(dǎo)地位，若地球引力為1，則其他作用力均小于1.0E-5.

在多種力的作用下，衛(wèi)星在空間的運(yùn)行軌跡極其復(fù)雜，難以簡(jiǎn)單而精確地用數(shù)學(xué)模型表達(dá)。分為兩類：第一類是地球質(zhì)心引力（中心引力）；第二類是攝動(dòng)力的非中心引力。攝動(dòng)力與中心引力相比，僅為1.0E-3量級(jí)。1.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)概述31.衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)概述開普勒三大定律

橢圓定律(開普勒第一定律)：每一個(gè)行星都沿各自的橢圓軌道環(huán)繞太陽(yáng)，而太陽(yáng)則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)中。

面積定律(開普勒第二定律)：在相等時(shí)間內(nèi)，太陽(yáng)和運(yùn)動(dòng)著的行星的連線所掃過(guò)的面積都是相等的。這一定律實(shí)際揭示了行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的角動(dòng)量守恒。

調(diào)和定律(開普勒第三定律)：各個(gè)行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期的平方和它們的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的立方成正比。由這一定律不難導(dǎo)出：行星與太陽(yáng)之間的引力與半徑的平方成反比。這是牛頓的萬(wàn)有引力定律的一個(gè)重要基礎(chǔ)。

4（1）衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道參數(shù)

由開普勒定律可知，衛(wèi)星運(yùn)行軌道是通過(guò)地心平面上的橢圓，且橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地心重合。①橢圓形狀的確定：長(zhǎng)半徑a和偏心率e②確定任意時(shí)刻衛(wèi)星在軌道上的位置，取真近點(diǎn)角V（軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)的地心角距）。

參數(shù)a、e和V唯一確定了衛(wèi)星軌道的形狀、大小以及衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。2.衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)5衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道參數(shù)根據(jù)開普勒第一定律，軌道橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地球質(zhì)心相重合，為此需要三個(gè)參數(shù)確定該橢圓在天球坐標(biāo)系中的方向。

Ω—升交點(diǎn)赤經(jīng)，地球赤道平面上，升交點(diǎn)N與春分點(diǎn)γ之間的地心夾角。

升交點(diǎn)N即當(dāng)衛(wèi)星由南向北運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道與地球赤道面的一個(gè)交點(diǎn)。

i—軌道面傾角，即衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的夾角。

ω—近地點(diǎn)角距，軌道平面上近地點(diǎn)A與升交點(diǎn)N之間的地心角距。該參數(shù)表達(dá)了開普勒橢圓在軌道平面上的定向。2.衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)6衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)，一般可通過(guò)一組適宜參數(shù)來(lái)描述，但這組參數(shù)的選擇并非唯一，前述六個(gè)參數(shù)（a、e、V、Ω、i、ω），稱為開普勒軌道參數(shù)，或稱為軌道根數(shù)。這六個(gè)參數(shù)的大小則由衛(wèi)星的發(fā)射條件決定。對(duì)于衛(wèi)星精密定位來(lái)說(shuō)，只考慮地球質(zhì)心引力情況下計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（即研究二體問(wèn)題）是不能滿足精度要求的。必須考慮地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力、太陽(yáng)和月亮對(duì)衛(wèi)星的引力、大氣阻力、太陽(yáng)光壓、地球潮汐力的影響。

2.衛(wèi)星的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)7

討論二體問(wèn)題時(shí)，六個(gè)軌道參數(shù)為常數(shù)，在考慮了攝動(dòng)力之后，衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)的軌道參數(shù)不再保持為常數(shù)，而是隨時(shí)間變化的軌道參數(shù)。衛(wèi)星在地球質(zhì)心引力和各種攝動(dòng)力總的影響下的軌道參數(shù)稱為瞬時(shí)軌道參數(shù)。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的真實(shí)軌道稱為衛(wèi)星的攝動(dòng)軌道或瞬時(shí)軌道，瞬時(shí)軌道不是橢圓，軌道平面在空間的方向也不是固定不變的。3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)8（1）地球引力地球引力場(chǎng)對(duì)衛(wèi)星的引力包括地球質(zhì)心引力和地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力（由于地球形狀不規(guī)則及質(zhì)量不均勻而引起的）。3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)9（2）日、月引力

衛(wèi)星和地球同時(shí)受到日、月的引力。日月引力造成衛(wèi)星相對(duì)于地球的攝動(dòng)力可表示為：日月引力的量級(jí)約5E-6m/s2，對(duì)衛(wèi)星位置的影響可達(dá)1~3km。3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)10（3）太陽(yáng)輻射壓力

衛(wèi)星在運(yùn)動(dòng)中受到太陽(yáng)光輻射壓力約為：對(duì)于GPS衛(wèi)星，太陽(yáng)輻射壓力可使衛(wèi)星位置的偏差達(dá)到約1km。當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行至地影區(qū)域內(nèi)，由于地球的遮擋，衛(wèi)星不受太陽(yáng)輻射壓力的影響。3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)11（4）地球潮汐作用力

日月引力作用于地球，使之產(chǎn)生形變（固體潮）和質(zhì)量移動(dòng)（海潮），從而引起地球質(zhì)量分布的變化，這一變化將引起地球引力的變化。這種變化可以視為在不變的地球引力中附加一個(gè)小的攝動(dòng)力—潮汐作用力。

潮汐作用力對(duì)GPS衛(wèi)星衛(wèi)星的影響可達(dá)1m。（5）大氣阻力

大氣阻力對(duì)低軌道衛(wèi)星影響較大。但GPS衛(wèi)星在20200km高空，大氣阻力已微不足道，可不考慮。在日、月等天體引力作用下，固體地球產(chǎn)生周期性變化的現(xiàn)象

3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)12人造地球衛(wèi)星所受到的攝動(dòng)力中，地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力最大，約為1.0E-3量級(jí)，其他攝動(dòng)力大多小于或接近1.0E-6量級(jí).

這些攝動(dòng)力引起衛(wèi)星位置的變化，引起軌道參數(shù)的變化。GPS衛(wèi)星定位中，需要知道GPS衛(wèi)星的位置。通過(guò)衛(wèi)星的導(dǎo)航電文將已知的某一初始?xì)v元的軌道參數(shù)及其變率發(fā)給用戶接收機(jī)，即可計(jì)算出任意時(shí)刻的衛(wèi)星位置。通過(guò)在已知的地面站對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，求得衛(wèi)星在某一時(shí)刻的衛(wèi)星位置，可以反求出衛(wèi)星的軌道參數(shù)，從而對(duì)衛(wèi)星軌道進(jìn)行改正，實(shí)現(xiàn)精密定軌，用于GPS精密定位。3.衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)134.GPS衛(wèi)星星歷

衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息，它就是一組對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的軌道參數(shù)及其變率。通過(guò)衛(wèi)星星歷，就可以計(jì)算任一時(shí)刻的衛(wèi)星位置和速度。衛(wèi)星星歷分為預(yù)報(bào)星歷和后處理星歷。（1）預(yù)報(bào)星歷預(yù)報(bào)星歷又稱廣播星歷，包含某一參考?xì)v元的開普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動(dòng)改正項(xiàng)參數(shù)。

參考?xì)v元的衛(wèi)星開普勒軌道參數(shù)叫參考星歷，只代表衛(wèi)星在參考?xì)v元的軌道參數(shù)，但在攝動(dòng)力的影響下，其實(shí)際軌道將偏離參考軌道。偏離程度取決于觀測(cè)歷元和參考?xì)v元的時(shí)間差。144.GPS衛(wèi)星星歷（1）預(yù)報(bào)星歷

用軌道參數(shù)的攝動(dòng)項(xiàng)對(duì)已知衛(wèi)星參考星歷加以改正，就可外推任一觀測(cè)歷元的衛(wèi)星星歷。廣播星歷參數(shù)的選擇采用了開普勒軌道參數(shù)加調(diào)和項(xiàng)修正的方案。

GPS廣播星歷參數(shù)共有16個(gè)，包括1個(gè)參考時(shí)刻，6個(gè)對(duì)應(yīng)參考時(shí)刻的開普勒軌道參數(shù)和9個(gè)反應(yīng)攝動(dòng)力影響的參數(shù)。這些參數(shù)通過(guò)GPS衛(wèi)星發(fā)射含有軌道信息的導(dǎo)航電文傳遞給用戶。1516174.GPS衛(wèi)星星歷

GPS衛(wèi)星向全球用戶播發(fā)的星歷，用兩種波碼進(jìn)行傳送的。一種用C/A碼傳送的GPS衛(wèi)星星歷（簡(jiǎn)稱C/A碼星歷），SA前星歷精度為數(shù)10米，SA后近百米。一種用P碼傳送的GPS衛(wèi)星星歷（簡(jiǎn)稱P碼星歷），星歷精度為5米，只有特許用戶才能解碼使用。要提高定位精度，必須采用后處理星歷方能解決問(wèn)題。184.GPS衛(wèi)星星歷（2）后處理星歷

后處理星歷是一些國(guó)家某些部門，根據(jù)各自建立的衛(wèi)星跟蹤站所獲得的對(duì)GPS衛(wèi)星的精密觀測(cè)資料，應(yīng)用與確定廣播星歷相似的方法而計(jì)算的衛(wèi)星星歷。它可以向用戶提供觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的衛(wèi)星星歷（包含了受攝運(yùn)動(dòng)影響），避免了星歷外推的誤差。

由于這種星歷是在事后向用戶提供的在其觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的精密軌道信息，因此成為后處理星歷或精密星歷。這種星歷不通過(guò)導(dǎo)航電文傳遞給用戶，而是通過(guò)磁帶、電傳、衛(wèi)星通訊等方式有償提供給用戶使用。195.GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文

GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（簡(jiǎn)稱衛(wèi)星電文）是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。主要包括衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層延時(shí)改正、工作狀態(tài)信號(hào)和調(diào)制后的C/A碼和P碼。以二進(jìn)制的形式，按規(guī)定格式組成，以幀為單位向外播送?；締挝皇情L(zhǎng)1500bit的主幀，傳輸速率是50bit/s，30s傳完一個(gè)主幀。一個(gè)主幀包含5個(gè)子幀，1~3子幀各10個(gè)字碼，每個(gè)字碼30bit；4、5子幀各25個(gè)頁(yè)面，共37500bit。1~3子幀每30s重復(fù)一次，內(nèi)容每小時(shí)更新一次。第4、5子幀的全部信息則需要750s傳送完，然后再重復(fù)。20導(dǎo)航電文的基本構(gòu)成圖215.GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（1）遙測(cè)碼

遙測(cè)碼（TLW，即TelemetryWord）位于各子幀的開頭，用來(lái)表明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)狀態(tài)。（2）轉(zhuǎn)換碼

轉(zhuǎn)換碼（HOW，即HandOverWord）位于每個(gè)子幀的第二個(gè)字碼，作用是提供幫助用戶從所捕獲的C/A碼轉(zhuǎn)換到P碼的Z計(jì)數(shù)（時(shí)間計(jì)數(shù)）。（3）第一數(shù)據(jù)塊

位于第1子幀的3~10字碼，主要包括①時(shí)延差改正；②星期序號(hào)；③衛(wèi)星的健康狀況；④數(shù)據(jù)齡期；⑤衛(wèi)星鐘差改正系數(shù)；225.GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（4）第二數(shù)據(jù)塊

包含第2子幀和第3子幀，表示GPS衛(wèi)星星歷，為用戶提供了有關(guān)計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)位置的信息。主要包括：①開普勒六參數(shù)；②軌道攝動(dòng)九參數(shù)；③時(shí)間二參數(shù)（星歷參考時(shí)刻和預(yù)報(bào)星歷的外推時(shí)間長(zhǎng)度）。（5）第三數(shù)據(jù)塊

包含第4和第5子幀，內(nèi)容包括了所有GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)。235.GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文衛(wèi)星星歷和歷書的區(qū)別

歷書與星歷都是表示衛(wèi)星運(yùn)行的參數(shù)。歷書包括全部衛(wèi)星的大概位置，用于衛(wèi)星預(yù)報(bào)；星歷只是當(dāng)前接收機(jī)觀測(cè)到的衛(wèi)星的精確位置，用于定位。

歷書是從導(dǎo)航電文中提取的，每12.5分鐘的導(dǎo)航電文才能得到一組完整的歷書。

廣播星歷的數(shù)據(jù)每?jī)尚r(shí)更新次，決定的衛(wèi)星位置可達(dá)到米級(jí)精度，使用廣播星歷外推衛(wèi)星位置其精度隨相對(duì)參考?xì)v元時(shí)間間隔增大而迅速降低。

歷書的更新周期較長(zhǎng)，使用歷書計(jì)算衛(wèi)星位置只能達(dá)到公里級(jí)的精度，但使用歷書外推衛(wèi)星位置其精度可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持公里級(jí)精度。通常廣播星歷用于定位計(jì)算，歷書用于接收機(jī)快速捕捉衛(wèi)星，以預(yù)報(bào)衛(wèi)星位置，GPS機(jī)中通常保存歷書數(shù)據(jù)。245.GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（6）GPS衛(wèi)星信號(hào)

GPS衛(wèi)星信號(hào)是GPS衛(wèi)星向廣大用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波，包含有載波、測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼。時(shí)鐘基本頻率為10.23MHz。GPS信號(hào)的產(chǎn)生如圖所示。在無(wú)線電通信技術(shù)中，為了有效傳播信息，都是將頻率較低的信號(hào)加載在頻率較高的載波上，該過(guò)程稱為調(diào)制。

L1載波：f1=154*f0=1575.42MHz，波長(zhǎng)λ1=19.032cm；

L2載波：f2=120*f0=1227.60MHz，波長(zhǎng)λ2=24.420cm

；選擇L1和L2這兩個(gè)載頻，目的在于測(cè)量出或消除由于電離層效應(yīng)而引起的延遲誤差。

GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上。25GPS信號(hào)的產(chǎn)生266.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

用GPS信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位及制定觀測(cè)計(jì)劃時(shí)，都必須已知GPS衛(wèi)星在空間的瞬時(shí)位置。衛(wèi)星位置的計(jì)算是根據(jù)衛(wèi)星電文所提供的軌道參數(shù)按一定的公式計(jì)算。計(jì)算真近點(diǎn)角Vk計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n計(jì)算歸化時(shí)間tk計(jì)算升交距角u0計(jì)算經(jīng)過(guò)攝動(dòng)改正的升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角計(jì)算衛(wèi)星的軌道平面直角坐標(biāo)計(jì)算276.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算（1）計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n（2）計(jì)算歸化時(shí)間tk286.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算（3）觀測(cè)時(shí)刻衛(wèi)星平近點(diǎn)角MK的計(jì)算（4）計(jì)算偏近點(diǎn)角EK（5）真近點(diǎn)角VK的計(jì)算296.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算（6）升交距角ΦK的計(jì)算（7）攝動(dòng)改正δu，δr，δi的計(jì)算（8）計(jì)算經(jīng)過(guò)攝動(dòng)改正的升交距角uK，衛(wèi)星矢徑rK和軌道傾角iK306.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算（9）計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)（10）觀測(cè)時(shí)刻升交點(diǎn)經(jīng)度ΩK的計(jì)算316.GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算（11）計(jì)算衛(wèi)星在地心固定坐標(biāo)系中的直角坐標(biāo)（12）衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算327.GPS接收機(jī)基本工作原理（1）接收機(jī)的分類①導(dǎo)航型接收機(jī)一般用C/A碼偽距測(cè)量，單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位精度一般為±25m；價(jià)格便宜，用途廣泛。

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(jī)導(dǎo)航定位

星載型—用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位②測(cè)地型接收機(jī)用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。主要采用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位，精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。337.GPS接收機(jī)基本工作原理（3）授時(shí)型接收機(jī)

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)，常用于天文臺(tái)及無(wú)線電通信中時(shí)間同步。（4）單頻接收機(jī)

只能接收L1載波信號(hào)，測(cè)定載波相位觀測(cè)值進(jìn)行定位。不能有效消除電離層延遲影響，只適用于短基線（＜15km）的精密定位。（5）雙頻接收機(jī)可以同時(shí)接收L1，L2載波信號(hào)。利用雙頻對(duì)電離層延遲的差異，可以消除電離層對(duì)電磁波信號(hào)延遲的影響，可用于長(zhǎng)達(dá)幾千公里的精密定位。347.GPS接收機(jī)基本工作原理（6）按接收機(jī)通道數(shù)分類

GPS接收機(jī)能同時(shí)接收多顆GPS衛(wèi)星信號(hào)，為了分離接收到不同衛(wèi)星信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、處理和量測(cè)，具有這樣功能的器件稱為天線信號(hào)通道。?多通道接收機(jī)

具有多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)通道，每個(gè)通道只跟蹤一個(gè)衛(wèi)星信號(hào)。如AshtechE12為12通道接收機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤，同時(shí)可得衛(wèi)星廣播星歷。由于通道多、價(jià)格較貴，通道之間有時(shí)延，在信號(hào)處理上要解決信號(hào)延遲問(wèn)題。357.GPS接收機(jī)基本工作原理?序貫通道接收機(jī)

只有一個(gè)通道，為實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，軟件控制，按一定時(shí)序?qū)Σ煌l(wèi)星進(jìn)行跟蹤和量測(cè)，一次量測(cè)時(shí)間大于20ms，測(cè)量一遍要數(shù)秒鐘。在對(duì)一個(gè)衛(wèi)星測(cè)量時(shí)，將丟失其他一些衛(wèi)星信號(hào)的信息，無(wú)法獲得完整的導(dǎo)航電文，要再設(shè)一個(gè)通道來(lái)獲得導(dǎo)航電文。

控制軟件復(fù)雜，難以保持載波信號(hào)跟蹤。通道少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，早期導(dǎo)航接收機(jī)中常被采用。?多路多用途接收機(jī)

在軟件控制下依次對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行量測(cè)，但量測(cè)速度快，一遍只需要20ms，可同時(shí)獲得多顆衛(wèi)星的完整導(dǎo)航電文，也能對(duì)載波相位進(jìn)行連續(xù)跟蹤，實(shí)現(xiàn)載波相位測(cè)量。367.GPS接收機(jī)基本工作原理（7）按接收機(jī)工作原理?碼相關(guān)型接收機(jī)利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測(cè)量。?平方型接收機(jī)利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào)，通過(guò)相位接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的載波信號(hào)與接收到的載波信號(hào)之間的相位差，在測(cè)定偽距觀測(cè)值。這樣的接收機(jī)不需要掌握測(cè)距碼結(jié)構(gòu)，稱為無(wú)碼接收機(jī)。?混合型接收機(jī)綜合以上兩種接收機(jī)優(yōu)點(diǎn)，既可得到碼相位偽距，也可得到載波相位觀測(cè)值。?干涉型接收機(jī)將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測(cè)量，測(cè)定兩個(gè)測(cè)站距離。不需要知道GPS衛(wèi)星結(jié)構(gòu)和衛(wèi)星星歷，不會(huì)受美國(guó)軍方控制，但體積重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很少使用。37GPS接收機(jī)的分類接收機(jī)分類按接收機(jī)用途按接收頻率按接收通道數(shù)按工作原理導(dǎo)航型接收機(jī)測(cè)地型接收機(jī)授時(shí)型接收機(jī)雙頻接收機(jī)單頻接收機(jī)多路多用途接收機(jī)序貫通道接收機(jī)多通道接收機(jī)干涉型接收機(jī)混合型接收機(jī)平方型接收機(jī)碼相關(guān)型接收機(jī)車載型航海型航空型星載型38397.GPS接收機(jī)基本工作原理（2）GPS接收機(jī)的組成及工作原理

GPS接收機(jī)主要由GPS接收機(jī)天線單元，GPS接收機(jī)主機(jī)單元和電源三部分組成。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器和顯示器組成。407.GPS接收機(jī)基本工作原理①GPS接收機(jī)天線

天線由接收機(jī)天線和前置放大器兩部分組成。天線的作用是將GPS衛(wèi)星信號(hào)的極微弱電磁波能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流。

前置放大器則將GPS信號(hào)電流予以放大。對(duì)天線的要求：?天線與前置放大器應(yīng)密封一體，以保障其正常工作，減少信號(hào)損失；?能夠接收來(lái)自任何方向的衛(wèi)星信號(hào)，不產(chǎn)生死角；?有防護(hù)與屏蔽多路徑效應(yīng)的措施；?天線的相位中心保持高度穩(wěn)定，并與其幾何中心盡量一致。417.GPS接收機(jī)基本工作原理①GPS接收機(jī)天線天線類型?單板天線

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小，需安裝在一塊基板上，屬單頻天線。?四螺旋天線由四條金屬管線繞制而成，底部有一塊金屬抑制板。

優(yōu)點(diǎn)：天線頻帶寬，全圓極化性能好，可捕捉低高度角衛(wèi)星。

缺點(diǎn)：不能進(jìn)行雙頻接收，抗震性差，常為導(dǎo)航型接收機(jī)天線。427.GPS接收機(jī)基本工作原理①GPS接收機(jī)天線天線類型?微帶天線在厚度為h（h≤λ）的介質(zhì)板兩邊貼以金屬片，一邊為金屬底板，一邊為矩形或圓形等規(guī)則形狀，也稱為貼片天線。優(yōu)點(diǎn)：高度低、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、易于制造、單頻和雙頻接收機(jī)都可以用。缺點(diǎn)：增益較低。目前大部分測(cè)地型天線都是微帶天線。

更適合于飛機(jī)、火箭等高速飛行物上。放大器輸出功率與輸入功率比值的對(duì)數(shù)，用來(lái)表示功率放大的程度。也指電壓或電流的放大倍數(shù)。437.GPS接收機(jī)基本工作原理①GPS接收機(jī)天線天線類型?錐形天線

在介質(zhì)椎體上，利用印刷電路技術(shù)在其上制成導(dǎo)電圓錐螺旋表面，也稱盤螺旋型天線。

增益好，由于天線較高，水平方向上不對(duì)稱，天線相位中心與幾何中心不完全一致。安置天線時(shí)要仔細(xì)定向且予以補(bǔ)償。447.GPS接收機(jī)基本工作原理②接收機(jī)主機(jī)?變頻器及中頻放大器

使接收機(jī)通道得到穩(wěn)定的高增益，且使L頻段的射頻信號(hào)變成低頻信號(hào)。?信號(hào)通道

信號(hào)通道是接收機(jī)的核心部分，是軟硬件結(jié)合的電路。作用：

△搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星；△解調(diào)廣播電文；△進(jìn)行偽距測(cè)量、載波相位測(cè)量及多普勒頻移測(cè)量；457.GPS接收機(jī)基本工作原理③存儲(chǔ)器

以存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)卡的形式存儲(chǔ)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值及多普勒頻移。存儲(chǔ)器內(nèi)還有多種軟件：自測(cè)試軟件、衛(wèi)星預(yù)報(bào)軟件、導(dǎo)航電文解碼軟件、GPS單點(diǎn)定位軟件等。467.GPS接收機(jī)基本工作原理④微處理器

GPS接收機(jī)工作的靈魂，其所有工作都在微機(jī)指令下統(tǒng)一協(xié)同進(jìn)行。

工作步驟：

?開機(jī)自檢，測(cè)定、校正、存儲(chǔ)各通道時(shí)延值；?搜索、捕捉衛(wèi)星；?根據(jù)機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)衛(wèi)星歷書和測(cè)站近似位置，計(jì)算所有在軌衛(wèi)星升降時(shí)間、方位和高度角；