GPS衛(wèi)星的導航電文

（優(yōu)選）GPS衛(wèi)(Wei)星的導航電文第一頁，共六十五頁。第四章GPS衛(wèi)星的導航電文和衛(wèi)星信號4.1GPS衛(wèi)星的導航電(Dian)文4.2GPS衛(wèi)星信號4.3GPS衛(wèi)星位置的計算4.4GPS接收機基本工作原理第二頁，共六十五頁。導航電(Dian)文導航電文（衛(wèi)星電文）GPS衛(wèi)星的導航電文，是用戶用來定位和導航的數(shù)據(jù)基礎。4.1GPS衛(wèi)星的導航電文第三頁，共六十五頁。導航電文包(Bao)含有關衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時鐘改正、衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)、軌道攝動改正、大氣折射改正和由C/A碼捕獲P碼等導航信息。導航電文又稱為數(shù)據(jù)碼（或D碼）。導航電文（衛(wèi)星電文）第四頁，共六十五頁。導航電文也是二進制碼，依規(guī)定格式組成，按幀向外播送(Song)。每幀電文含有1500比特，播送(Song)速度50bit/s，每幀播送(Song)時間30s。第五頁，共六十五頁。123451234567891030s6s0.02s0.6s25頁10個字30比特一(Yi)個主幀一個子幀一個字碼衛(wèi)星電文基本結構第六頁，共六十五頁。主幀中1、2、3的內(nèi)(Nei)容每小時更新一次，4、5的內(nèi)(Nei)容僅當給衛(wèi)星注入新的導航電文后才得以更新123451234567891030s6s0.02s0.6s25頁10個字30比特第七頁，共六十五頁。1幀30s1500比特TLWHOW數(shù)據(jù)塊—1時鐘修正參數(shù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表TLWHOW數(shù)據(jù)塊—2星歷表繼續(xù)TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等TLWHOW數(shù)據(jù)塊—3衛(wèi)星歷書等子幀1一個子幀6s長，10個字，每字30比特子幀3子幀4子幀5子幀2一(Yi)幀導航電文的內(nèi)容第八頁，共六十五頁。遙測碼（TLM–TelemetryWord）每一子幀的第1個字用作捕獲導航電文的前導轉換碼（HOW–HandOverWord）每一子幀的第2個字緊接各子幀的遙測字，主要向用戶提供用于捕獲P碼的Z記數(shù)。所謂Z記數(shù)是從每個星期六/星期日子夜零時起算(Suan)的時間記數(shù)，表示下一子幀開始瞬間的GPS時第九頁，共六十五頁。第一數(shù)據(jù)(Ju)塊位于第1子幀的第3～10字碼，它的主要內(nèi)容包括：時延差改正Tgd－就是載波L1、L2的電離層時延差。2.數(shù)據(jù)齡期AODC－是時鐘改正數(shù)的外推時間間隔，它指明衛(wèi)星時鐘改正數(shù)的置信度。3.星期序號WN－表示從1980年1月6日子夜零點（UTC）起算的星期數(shù)，即GPS星期數(shù)。4.衛(wèi)星時鐘改正－GPS時間和UTC時間之間存在的差值。第十頁，共六十五頁。第二數(shù)據(jù)塊第二數(shù)據(jù)塊包括第2和第3子幀，其內(nèi)容表示GPS衛(wèi)星的星歷，描述衛(wèi)星的運行及其軌道的參數(shù)，包括下列三類：1.開普勒六參數(shù)2.軌道攝動九(Jiu)參數(shù)3.時間二參數(shù)軌道長半徑的平方根軌道偏心率參考時刻的升交點赤經(jīng)參考時刻的軌道傾角近地點角距參考時刻的平近點角第十一頁，共六十五頁。第三(San)數(shù)據(jù)塊第三數(shù)據(jù)塊包括第4和第5子幀，其內(nèi)容包括了所有GPS衛(wèi)星的歷書數(shù)據(jù)。當接收機捕獲到某顆GPS衛(wèi)星后，根據(jù)第三數(shù)據(jù)塊提供的其他衛(wèi)星的概略星歷、時鐘改正、衛(wèi)星改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，用戶可以選擇工作正常和位置適當?shù)男l(wèi)星，并且較快地捕獲到所選擇地衛(wèi)星。第十二頁，共六十五頁。第十三頁，共六十五頁。GPS衛(wèi)星(Xing)信號組成4.2GPS衛(wèi)星信號GPS衛(wèi)星信號測距碼數(shù)據(jù)碼(導航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機碼L波段（Carrier）（RangingCode）（Message）第十四頁，共六十五頁。GPS衛(wèi)(Wei)星信號的組成部分載波（Carrier）L1L2測距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調制在L1上）P(Y)碼（被分別調制在L1和L2上）衛(wèi)星（導航）電文（Message）第十五頁，共六十五頁。信號分量的產(chǎn)生都是在同(Tong)一個基本頻率f0=10.23MHz的控制下產(chǎn)生基本頻率10.23MHzL1載波1575.42MHzL2載波1227.60MHzC/A碼1.023MHzP碼10.23MHzP碼10.23MHz數(shù)據(jù)碼50BPS數(shù)據(jù)碼50BPS15412010204600第十六頁，共六十五頁。GPS衛(wèi)星(Xing)信號結構第十七頁，共六十五頁。GPS衛(wèi)星的基準頻(Pin)率f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻率為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第十八頁，共六十五頁。載(Zai)波①作用搭載其它調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：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm第十九頁，共六十五頁。載(Zai)波②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）第二十頁，共六十五頁。測(Ce)距碼①作用測距性質為偽隨機噪聲碼（PRN－PseudoRandomNoise）不同的碼（包括未對齊的同一組碼）間的相關系數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對齊的同一組碼間的相關系數(shù)為1全球定位系統(tǒng)的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>測距碼第二十一頁，共六十五頁。測(Ce)距碼②類型目前C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–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；僅被調制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）–精碼；碼率：10.23MHz；周期：7天；1周期含碼元數(shù)：6187104000000；碼元寬度：29.30m；被調制在L1和L2上現(xiàn)代化后在L2上調制C/A碼在L1和L2增加調制M碼全球定位系統(tǒng)的組成及信號結構>GPS衛(wèi)星信號結構>測距碼第二十二頁，共六十五頁。4.3GPS衛(wèi)星位置的計(Ji)算第二十三頁，共六十五頁。衛(wèi)(Wei)星在地固系下的坐標計算計算過程計算衛(wèi)星運行的平均角速度計算t時刻衛(wèi)星的平近點角計算偏近點角第二十四頁，共六十五頁。計算過程(Cheng)（續(xù)）計算真近點角計算升交距角（未經(jīng)改正的）計算衛(wèi)星向徑第二十五頁，共六十五頁。計算過程（續(xù)(Xu)）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第二十六頁，共六十五頁。計算過程（續(xù)）計算升交點經(jīng)度計算衛(wèi)星在地固坐標系(Xi)下的坐標第二十七頁，共六十五頁。4.4GPS接收(Shou)機基本工作原理GPS接收機的分類GPS接收機組成及工作原理第二十八頁，共六十五頁。第二十九頁，共六十五頁。第三十頁，共六十五頁。由于使用(Yong)目的不同，GPS信號接收機也各有差異第三十一頁，共六十五頁。GPS接收機的分類按(An)接收機用途劃分根據(jù)所接收的衛(wèi)星信號頻率劃分根據(jù)接收機信號通道類型劃分按工作原理劃分第三十二頁，共六十五頁。按接收機用途(Tu)劃分導航型接收機測地型接收機授時型接收機第三十三頁，共六十五頁。用于確定船舶、車輛、飛機等運載體的實時位置和速度，保障按預定路線航行或選擇最佳路線。采用測碼偽距為觀測量的單點實時定位或差分(Fen)GPS定位，精度低，結構簡單，價格便宜，應用廣泛導航型接收機第三十四頁，共六十五頁。第三十五頁，共六十五頁。第三十六頁，共六十五頁。第三十七頁，共六十五頁。第三十八頁，共六十五頁。第三十九頁，共六十五頁。第四十頁，共六十五頁。采用載波相位觀測量進行相對定位，精度高。觀測數(shù)據(jù)可測后處理或實時處理（RTK），需配備功能完善的數(shù)據(jù)處理軟件。與導航型相比，結(Jie)構復雜，價格昂貴。測地型接收機第四十一頁，共六十五頁。第四十二頁，共六十五頁。主要用于天文臺或地面監(jiān)控站，進行時(Shi)頻同步測定。授時型接收機MOTOROLA授時型GPS第四十三頁，共六十五頁。根據(jù)所接收的衛(wèi)星(Xing)信號頻率劃分單頻接收機(L1)雙頻接收機(L1+L2)這種分法較為常見第四十四頁，共六十五頁。只接收調制的L1信號，雖然可利用導航電文提供的參數(shù)，對觀測量進行電離層影響修正，但(Dan)由于修正模型尚不完善，精度較差，主要用于小于20km的短基線精密定位。單頻接收機(L1)第四十五頁，共六十五頁。Smart-3100IS9600北極(Ji)星GPS1210

第四十六頁，共六十五頁。同時接收L1、L2兩種信號，利用雙頻技術，可消除或減弱電離層折射(She)對觀測量的影響，定位精度較高。雙頻接收機(L1+L2)第四十七頁，共六十五頁。Smart6100Is華(Hua)測X60第四十八頁，共六十五頁。第四十九頁，共六十五頁。第五十頁，共六十五頁。根據(jù)接收(Shou)機信號通道類型劃分多通道接收機序貫通道接收機多路復用通道接收機具有多個衛(wèi)星信號通道，每個通道只連續(xù)跟蹤一個衛(wèi)星信號。也稱連續(xù)跟蹤型接收機只有1-2個信號通道，為了跟蹤多個衛(wèi)星，在相應軟件控制下按時序依次對各衛(wèi)星信號進行跟蹤量測。依次量測一個循環(huán)所需時間較長（大于20ms），對衛(wèi)星信號的跟蹤是不連續(xù)的。與序貫通道接收機相似，也只有1-2個信號通道，在相應軟件控制下按時序依次對各衛(wèi)星信號進行跟蹤量測。依次量測一個循環(huán)所需時間較短（小于20ms），可保持對衛(wèi)星信號的連續(xù)跟蹤第五十一頁，共六十五頁。按工作原理劃(Hua)分碼相關型接收機平方型接收機混合型接收機能夠產(chǎn)生與所測衛(wèi)星測距碼結構完全相同的復制碼。利用的是C/A碼或P碼，條件是掌握測距碼結構，也稱有碼接收機利用載波信號的平方技術去掉調制碼，獲得載波相位測量所必需的載波信號。該機只利用衛(wèi)星信號，無需解碼，不必掌握測距碼結構，稱無碼接收機。綜合利用了碼相關技術和平方技術的優(yōu)點，同時獲得碼相位和精密載波相位觀測量。目前廣泛使用第五十二頁，共六十五頁。GPS接收機(Ji)組成及工作原理GPS接收機主要由GPS接收機天線單元、GPS接收機主機單元和電源三部分組成第五十三頁，共六十五頁。GPS接收機(Ji)主機(Ji)組成天線前置放大器信號處理器微處理器導航計算機震蕩器用戶信息傳輸數(shù)據(jù)存儲器外部傳輸電源第五十四頁，共六十五頁。GPS接收機天(Tian)線天線的基本作用是把來自于衛(wèi)星信號的能量轉化為相應的電流，并經(jīng)前置放大器進行頻率變換，以便對信號進行跟蹤、處理和量測。gps螺旋天線船用gps天線第五十五頁，共六十五頁。天線的基(Ji)本要求：?天線與前置放大器應密封為一體，保障在惡劣氣象環(huán)境下正常工作。?天線應呈全圓極化：要求天線的作用范圍為整個上半球，天頂處不產(chǎn)生死角，保障能接收來自天空任何方向的衛(wèi)星信號。?天線必須采取適當?shù)姆雷o與屏蔽措施：例如加一塊基板，盡可能地減弱信號的多路徑效應，防止信號干擾。?天線的相位中心與其幾何中心的偏差應盡量小，且保持穩(wěn)定。第五十六頁，共六十五頁。GPS接收機天(Tian)線基本類型第五十七頁，共六十五頁。GPS接收(Shou)機主機1、變頻器及中頻放大器2、信號通道3、存儲器4、微處理器5、顯示器第五十八頁，共六十五頁。1、變(Bian)頻器及中頻放大器經(jīng)過GPS前置放大器的信號仍很微弱，為了得到穩(wěn)定的高增益信號L頻段射頻信號降低為低頻信號第五十九頁，共六十五頁。2、信號通(Tong)道搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星對廣播電文數(shù)據(jù)信號進行解擴，解調出廣播電文進行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量第六十頁，共六十五頁。3、存儲(Chu)器內(nèi)存保存數(shù)據(jù)，存儲自測軟件等第六十一頁，共六十五頁。4、微處(Chu)理器接收機工作狀態(tài)自檢，位置計算等5、顯示器液晶顯示屏，屏幕