GPS第3章 GPS定位系統(tǒng)信號(hào)和接收機(jī)工作原理(4學(xué)時(shí))

Chapter3GPS定位系統(tǒng)的信號(hào)

和接收機(jī)的基本工作原理1GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)2GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文3GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算4GPS接收機(jī)及其基本工作原理5GPS儀器介紹目前一頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星信號(hào)采用組合碼調(diào)制技術(shù)（偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)）組合碼調(diào)制技術(shù)：將衛(wèi)星導(dǎo)航電文（基帶信號(hào)，D碼）經(jīng)偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)成為組合碼，再對(duì)L頻段的載波進(jìn)行正交調(diào)制（BPSK調(diào)制）。作用：提高系統(tǒng)導(dǎo)航定位精度，使系統(tǒng)具有很高的抗電子干擾能力和極強(qiáng)的保密能力。偽距：pseudorange，接收機(jī)到GPS衛(wèi)星之間的距離。組合碼調(diào)制技術(shù):目前二頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)§3-1GPS衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)一、偽隨機(jī)碼PRNC：PseudoRandomNoiseCode1、二進(jìn)制隨機(jī)序列（1）二進(jìn)制隨機(jī)序列：（2）相關(guān)函數(shù)：101111001111010010011110011001111011特點(diǎn)：非周期性序列，不能預(yù)先確定，不能復(fù)制。目前三頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2、偽隨機(jī)碼（1）偽隨機(jī)序列：具有非隨機(jī)序列自相關(guān)特性的有周期性的二進(jìn)制序列。（2）偽隨機(jī)碼：由二進(jìn)制碼組成的偽隨機(jī)序列，由“多級(jí)反饋移位寄存器”產(chǎn)生。（2）偽隨機(jī)序列特點(diǎn)：二進(jìn)制序列有周期性有自相關(guān)性目前四頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3、偽隨機(jī)碼特征（1）m序列，周期：（2）偽隨機(jī)碼“0”、“1”出現(xiàn)的概率大致相同。（3）當(dāng)自相關(guān)系數(shù)為1，碼元完全對(duì)齊。PRN碼的優(yōu)越特性：可以在接收機(jī)內(nèi)復(fù)制產(chǎn)生，只有相同結(jié)構(gòu)的PRN碼完全對(duì)齊時(shí)才產(chǎn)生強(qiáng)相關(guān)。GPS接收機(jī)正是利用PRN碼的這兩個(gè)突出特性進(jìn)行衛(wèi)星識(shí)別和偽距測(cè)量。目前五頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)4、偽碼擴(kuò)頻技術(shù)（PRN技術(shù)）（1）復(fù)合序列（復(fù)合碼）：將多個(gè)周期較短的m序列按預(yù)定規(guī)則構(gòu)成的一個(gè)周期較長(zhǎng)的序列。（2）GPS基帶信號(hào)（D碼）：fundamentalinformation

帶寬Δf=50HZ，傳遞速率V=50bit/s（3）偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)：將基帶信號(hào)（D碼）通過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制到偽隨機(jī)碼上（第一級(jí)調(diào)制）。

過(guò)程：擴(kuò)頻--發(fā)射------傳播------接收--解頻

Ｃ／Ａ碼＋Ｄ碼或Ｐ碼＋Ｄ碼目前六頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)二、C/A碼和P碼GPS定位系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù)（CDMA），給不同衛(wèi)星指配不同結(jié)構(gòu)的偽隨機(jī)碼。CDMA:CodeDivisionMultipleAccess1、偽隨機(jī)碼技術(shù)（PRN技術(shù)）作用：（1）識(shí)別不同衛(wèi)星，捕獲衛(wèi)星信號(hào)（CDMA）（2）測(cè)定偽距（C/A碼和P碼）（3）傳遞導(dǎo)航電文（D碼）（4）提高抗干擾能力（PRN技術(shù)）GPS定位系統(tǒng)通常采用兩種偽隨機(jī)碼：C/A碼和P碼目前七頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)偽隨機(jī)碼：C/A、P碼目前八頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2、C/A碼：粗碼，CoarseAcquisitionCode（1）定義：用于分址、搜捕衛(wèi)星信號(hào)、粗測(cè)距，具有一定抗干擾能力，并提供民用的明碼。（2）特性頻率：f1=1.023MHZ數(shù)碼率：Vu=1.023Mbit/s碼元寬度：tu=1/f1=0.97752μs(相當(dāng)于293.1m)碼長(zhǎng)：Nu=210-1=1023bit（兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器組合產(chǎn)生）周期：Tu=Nutu=1023×0.97752μs=1ms搜索時(shí)間：1023bit/（50bit/s）=20.5s(50bit/s搜索速率)測(cè)量精度：29.3~2.93m（取誤差為1/10~1/100）目前九頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3、P碼：精碼，PreciseCode（1）定義：用于分址、通過(guò)C/A碼獲取衛(wèi)星信號(hào)，精密測(cè)距，具有較強(qiáng)抗干擾能力，提供特許用戶使用的受控密碼。（2）特性頻率：f1=10.23MHZ數(shù)碼率：Vu=10.23Mbit/s碼元寬度：tu=1/f1=0.097752μs(相當(dāng)于29.3m)碼長(zhǎng)：Nu=2.35×1014bit（兩組12級(jí)反饋移位寄存器組合產(chǎn)生）周期：Tu=Nutu=2.35×1014×0.097752μs=266.4d實(shí)用上P碼被分成38部分，每部分周期約7d，碼長(zhǎng)為6.19×1012bit搜索時(shí)間：6.19×1012bit/（50bit/s）=1.4×106

d(50bit/s搜索速率)測(cè)量精度：2.93~0.293m（取誤差為1/10~1/100）目前十頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)三、GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成基準(zhǔn)頻率：f0=10.23MHZ，fundamentalfrequencyＤ碼：f=50HZ（低頻信號(hào)）C/A碼：tu=1/f1=0.97752μs，相當(dāng)于293.1mP碼（Y碼）：tu=1/f1=0.097752μs，相當(dāng)于29.3mL1載波：f1=154f0

=1575.42MHZ，λ1=19.03cmL2載波：f2=120f0=1227.60MHZ，λ2=24.42cmGPS衛(wèi)星信號(hào)測(cè)距碼數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文，D碼）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機(jī)碼L波段目前十一頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS載波信號(hào)生成：f0x120f0x154f0基本頻率控制產(chǎn)生兩種信號(hào)分量目前十二頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)四、衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制分為二級(jí)調(diào)制第一級(jí)是導(dǎo)航電文調(diào)制到測(cè)距隨機(jī)碼：采用二進(jìn)制編碼序列“模二和”算法，調(diào)制結(jié)果是把數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文)從50Hz擴(kuò)展到1.023MHz(對(duì)于C/A碼)，從而在接收信號(hào)時(shí)，采用CDMA原理，可大大提高獲取數(shù)據(jù)碼的信噪比，提高比率為：1.023MHz/50Hz=20460。目前十三頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)(1)運(yùn)算規(guī)則:(2)二進(jìn)制信號(hào)：“1”表示二進(jìn)制“0”，“-1”表示二進(jìn)制“1”模二和:目前十四頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)采用二進(jìn)制信號(hào)“波形相乘”的算法，將導(dǎo)航電文與測(cè)距碼合成后的二進(jìn)制碼調(diào)制到載波上，這實(shí)現(xiàn)了第二次擴(kuò)頻，把測(cè)距碼（C/A）從1.023MHz擴(kuò)展到1575.42MHz（L1），在接收機(jī)接收GPS信號(hào)時(shí)，同樣根據(jù)CDMA原理，可以提高C/A碼的信噪比，比率為1575.42MHz/1.023MHz=1540。正是利用擴(kuò)頻原理，接收機(jī)在弱信號(hào)情況下(-160dBw，瓦分貝，弱于噪聲)可以正確捕獲信號(hào)，并且抗干擾性好。第二級(jí)是測(cè)距碼調(diào)制到載波：目前十五頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)調(diào)頻FM調(diào)幅AM調(diào)相PM注：其它調(diào)制方式二進(jìn)制信號(hào)的相位調(diào)制目前十六頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)五、L1、L2載波信號(hào)：L2

載波P碼（Y碼）數(shù)據(jù)碼（D碼）調(diào)制L1

載波C/A碼P碼（Y碼）數(shù)據(jù)碼（D碼）調(diào)制第二級(jí)調(diào)制目前十七頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制原理GPS衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制:目前十八頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)§3-2GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文一、導(dǎo)航電文（D碼）：NavigationMessage1、組成：衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星工作狀態(tài)、時(shí)間系統(tǒng)、衛(wèi)星鐘偏差校正參數(shù)、軌道攝動(dòng)改正參數(shù)、大氣折射改正參數(shù)、遙測(cè)碼、交換信息等。2、格式：組成數(shù)據(jù)幀，按幀向外播發(fā)。由25幀組成，播發(fā)時(shí)間12.5min，播發(fā)速度50bit/s。

25*1500bit/幀=25*

5*300bit/子幀用于確定衛(wèi)星瞬間位置的信息，可以分為三類：1）衛(wèi)星歷書(Almanac，精度：數(shù)km)2）廣播星歷(BroadcastEphemeris，精度：1m)3）精密星歷(PreciseEphemeris，精度：5~20cm)目前十九頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)導(dǎo)航電文衛(wèi)星星歷衛(wèi)星工作狀態(tài)時(shí)間系統(tǒng)衛(wèi)星鐘偏差校正參數(shù)軌道攝動(dòng)改正參數(shù)大氣折射改正參數(shù)遙測(cè)碼交換信息子幀5子幀1子幀2子幀3子幀4NavigationMessage25幀/12.5min5123410字/子幀，300bit/6s（子幀）5子幀/幀，1500bit/30s（幀）30bit/字，30bit/0.6s（字）0.02s/bit（比特）導(dǎo)航電文：目前二十頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)二、導(dǎo)航電文內(nèi)容：1、組成：遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第一、二、三數(shù)據(jù)塊。2、遙測(cè)碼TLM：TelemetryWord用于指導(dǎo)用戶是否可選用衛(wèi)星（數(shù)據(jù)狀態(tài)、診斷信息等）3、轉(zhuǎn)換碼HOW：HandOverWord用于輔助用戶轉(zhuǎn)換C/A碼至P碼。TLMHOWDATA1TLMHOWDATA2TLMHOWDATA2TLMHOWDATA3TLMHOWDATA3第1子幀第2子幀第3子幀第4子幀第5子幀目前二十一頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)4、第一數(shù)據(jù)塊DATA1：（1）WN：衛(wèi)星時(shí)間計(jì)數(shù)，（GPS星期：1980.01.06.00h）（2）標(biāo)識(shí)碼：判斷L2載波的調(diào)制碼（3）測(cè)距精度URA：由衛(wèi)星鐘和星歷預(yù)報(bào)誤差決定。一般，URA≤2N（m）。N與URA的關(guān)系：00.0＜URA≤2.4m613.65＜URA≤24.0m156144＜URA（無(wú)精度，停止使用）URA≤2（1+N/2），0≤N＜62N-2，6≤N＜15無(wú)精度，15≤N目前二十二頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)第一數(shù)據(jù)塊DATA1：（4）數(shù)據(jù)狀態(tài)（5）電離層延遲改正參數(shù)：TGD（6）鐘參數(shù)據(jù)齡期：AODC=t0-t1（7）衛(wèi)星鐘參考時(shí)刻：t0（8）衛(wèi)星鐘改正參數(shù)：Δt=a0+a1（t-t0）+a2（t-t0）2目前二十三頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)5、第二數(shù)據(jù)塊DATA2：（1）星歷表數(shù)據(jù)期齡：AODE=t0-t1（2）星歷參考時(shí)刻：t0（3）開普勒軌道參數(shù)：6個(gè)參數(shù)（4）軌道攝動(dòng)參數(shù)：9個(gè)參數(shù)6、第三數(shù)據(jù)塊DATA3：（1）第4子幀：2、3、4、5、6、7、8、9、10幀/表示25~32顆衛(wèi)星星歷，18幀/表示電離層改正模型，25幀/表示衛(wèi)星健康狀況及干擾等。（2）第5子幀：1~24幀/表示1~24顆衛(wèi)星星歷，25幀/表示衛(wèi)星健康狀況及干擾等。目前二十四頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS導(dǎo)航電文：目前二十五頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)§3-3GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算衛(wèi)星定位：GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)、GPS衛(wèi)星位置---------------開普勒軌道參數(shù)+衛(wèi)星軌道攝動(dòng)改正衛(wèi)星實(shí)際軌道偏離原因：（1）主要原因：地球形狀不對(duì)稱及質(zhì)量分布不均勻，大氣阻力引起衛(wèi)星高度降低。（2）次要原因：太陽(yáng)、月球引力影響，太陽(yáng)輻射壓力影響等。目前二十六頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)一、衛(wèi)星軌道參數(shù)：6個(gè)開普勒元素軌道長(zhǎng)半軸軌道偏心率升交點(diǎn)赤經(jīng)衛(wèi)星軌道傾角近升角距真近點(diǎn)角軌道橢圓形狀參數(shù)：軌道相對(duì)定向參數(shù)：軌道橢圓定向參數(shù)：衛(wèi)星瞬時(shí)位置參數(shù)：目前二十七頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)真近點(diǎn)角fs升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω軌道傾角i近升角距ω春分點(diǎn)升交點(diǎn)衛(wèi)星近地點(diǎn)衛(wèi)星軌道赤道平面衛(wèi)星軌道參數(shù):6個(gè)開普勒元素目前二十八頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星軌道參數(shù):6個(gè)開普勒元素目前二十九頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星軌道參數(shù):6個(gè)開普勒元素YZXWrwPerigeeOrbita(1-e)ifEquator目前三十頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)二、衛(wèi)星星歷包括廣播星歷和精密星歷。1、廣播星歷：也叫預(yù)報(bào)星歷，是指相對(duì)參考?xì)v元的外推星歷。參考?xì)v元瞬間的衛(wèi)星星歷(即參考星歷)，由GPS系統(tǒng)的地面監(jiān)控站根據(jù)大約一周的觀測(cè)資料計(jì)算而得，為參考?xì)v元瞬間衛(wèi)星的軌道參數(shù)。2、精密星歷：精密星歷是不含外推誤差的實(shí)測(cè)后處理星歷。它由地面跟蹤站根據(jù)精密觀測(cè)資料計(jì)算而得，可向用戶提供用戶觀測(cè)時(shí)刻的衛(wèi)星精密星歷，其精度目前為米級(jí)，將來(lái)可望達(dá)到分米級(jí)。但是，用戶不能實(shí)時(shí)通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)獲得精密星歷。目前三十一頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)三、廣播星歷文件（NAVIGATIONDATA）2NAVIGATIONDATARINEXVERSION/TYPEEPHTORNXVersion1.0929-NOV-9521:05PGM/RUNBY/DATE.1676D-07.2235D-07-.1192D-06-.1192D-06IONALPHA.1208D+06.1310D-07-.1310D+06-.1966D+06IONBETA.133179128170D-06.107469588780D-1255296039DELTA-UTC:A0,A1,T,W10LEAPSECONDSENDOFHEADER9941021800.0-0.103851780295D-04-0.909494701773D-120.000000000000D+000.720000000000D+020.106062500000D+030.476841277575D-080.132076112444D+010.548548996449D-050.312971079256D-020.747293233871D-050.515371790504D+040.460800000000D+060.558793544769D-07-0.229012694900D+01-0.130385160446D-070.950477774712D+000.229593750000D+03-0.491558992251D+00-0.819034084998D-080.233938313166D-090.100000000000D+010.771000000000D+030.000000000000D+000.700000000000D+010.000000000000D+000.139698386192D-080.328000000000D+030.000000000000D+0017941021800.0-0.635907053947D-04-0.909494701773D-120.000000000000D+000.228000000000D+030.167187500000D+020.424946255961D-080.104717256943D+010.566244125366D-060.790101150051D-020.883266329765D-050.515369790649D+040.460800000000D+060.279396772385D-070.925235566518D+00-0.203028321266D-060.970438658460D+000.214781250000D+030.199825790573D+01-0.789747200969D-080.404659722397D-090.100000000000D+010.771000000000D+030.000000000000D+000.700000000000D+010.000000000000D+000.139698386192D-080.484000000000D+030.000000000000D+00目前三十二頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)廣播星歷文件內(nèi)容目前三十三頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)廣播星歷文件內(nèi)容～衛(wèi)星鐘差常數(shù)項(xiàng)，時(shí)秒；

～衛(wèi)星鐘差漂移項(xiàng)，時(shí)秒/時(shí)秒；

～衛(wèi)星鐘差漂移速率項(xiàng)，時(shí)秒/時(shí)秒2～平近點(diǎn)角的長(zhǎng)期變化(近地點(diǎn)參數(shù))，弧度/時(shí)秒；

～參考時(shí)刻的平近點(diǎn)角，弧度；

～扁心率；

～長(zhǎng)半軸的平方根，米1/2；目前三十四頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)～升交點(diǎn)赤經(jīng)在赤道平面中的長(zhǎng)期變化主要是由地球引力場(chǎng)的2階帶諧系數(shù)（）引起，弧度/時(shí)秒；廣播星歷文件內(nèi)容～參考時(shí)刻升交點(diǎn)赤經(jīng)，弧度；

～參考時(shí)刻軌道傾角，弧度；

～近地點(diǎn)角距，弧度；

～星歷參考時(shí)刻在軌道延跡方向上周期改正余弦項(xiàng)的振幅，弧度；目前三十五頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)廣播星歷文件內(nèi)容

～星歷參考時(shí)刻在軌道延跡方向上周期改正正弦項(xiàng)的振幅，弧度；～星歷參考時(shí)刻在軌道徑向方向上周期改正余弦項(xiàng)的振幅，米；～星歷參考時(shí)刻在軌道徑向方向上周期改正正弦項(xiàng)的振幅，米；～星歷參考時(shí)刻軌道傾角(近似于法向)周期改正余弦項(xiàng)的振幅，弧度；～星歷參考時(shí)刻軌道傾角(近似于法向)周期改正正弦項(xiàng)的振幅，弧度；目前三十六頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)廣播星歷文件內(nèi)容～星歷參考時(shí)刻(星期中的秒數(shù))，秒；～軌道傾角變化率，弧度/時(shí)秒；～L2上存在哪些碼指示；～GPS星期數(shù)；～L2上P碼偽距指示；～本廣播星歷精度指標(biāo)，米；～星歷數(shù)據(jù)的年齡；目前三十七頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)廣播星歷文件內(nèi)容～電離層群延遲改正參數(shù)，時(shí)秒；～衛(wèi)星鐘數(shù)據(jù)年齡;～信息傳送時(shí)間(與接收機(jī)對(duì)接收到的衛(wèi)星信號(hào)解碼有關(guān))，時(shí)秒?！l(wèi)星是否健康指標(biāo)；目前三十八頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)四、GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

1、根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置軌道平面坐標(biāo)系軌道參數(shù)（1）計(jì)算思路：首先計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，然后將上述坐標(biāo)分別繞X軸旋轉(zhuǎn)-i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)-k角，求出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。目前三十九頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星軌道位置：目前四十頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1）計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度（2）計(jì)算過(guò)程：2）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的衛(wèi)星鐘差改正目前四十一頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)5）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的真近點(diǎn)角6）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的升交距角（未經(jīng)改正的）7）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的衛(wèi)星向徑（未經(jīng)改正的）3）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t衛(wèi)星的平近點(diǎn)角4）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的偏近點(diǎn)角目前四十二頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)9）計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng)10）進(jìn)行攝動(dòng)改正11）計(jì)算觀測(cè)瞬時(shí)升交點(diǎn)經(jīng)度8）計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻t的軌道傾角（未經(jīng)改正的）目前四十三頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)12）衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系（o-x’y’z’）中的位置：以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸指向升交點(diǎn)，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。目前四十四頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，z軸指向北天極，x軸指向春分點(diǎn)，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。13）衛(wèi)星在天球坐標(biāo)系的位置：目前四十五頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)以地球質(zhì)心為原點(diǎn)，地球自轉(zhuǎn)軸為Z軸，X軸指向赤道與格林威治子午線交點(diǎn)方向，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。14）衛(wèi)星在地球坐標(biāo)系的位置：目前四十六頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)15）極移影響（協(xié)議地球坐標(biāo)系WGS-84的位置）目前四十七頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)精密星歷： 按一定時(shí)間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標(biāo)系下的三維位置、三維速度和鐘差改正數(shù)等信息。*2004115000.00000000P15945.50963515759.60840420698.949374324.533285P21141.10111122665.35998914690.489309-257.156064P3-10344.44706824021.826531-3968.23332577.825932P422798.349665-6520.82087212310.795279-43.522805P5-12628.924903-23445.674881-1192.03679113.422888P6-13958.380086-7542.10349721489.237683-2.952584P718939.291158-12511.028058-13257.166627635.667094P826246.825668-918.226411-5165.342142383.6704282、根據(jù)精密星歷計(jì)算衛(wèi)星位置目前四十八頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前四十九頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)著名的IGS綜合精密星歷需要1~2周時(shí)間后才能獲得。http//：IGS任意時(shí)刻t衛(wèi)星位置的計(jì)算原理：插值法方法：拉格朗日插值法等目前五十頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)§3-4GPS接收機(jī)及其基本工作原理

GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù):

能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。

目前五十一頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)靜態(tài)定位：GPS接收機(jī)在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)星的過(guò)程中固定不變，接收機(jī)高精度地測(cè)量GPS信號(hào)的傳播時(shí)間，利用GPS衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。動(dòng)態(tài)定位：用GPS接收機(jī)測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體（如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等）的運(yùn)行軌跡。載體上的GPS接收機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星的過(guò)程中相對(duì)地球而運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)（瞬間三維位置和三維速度）。目前五十二頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)一、GPS接收機(jī)分類1、按通道工作原理分：（1）碼相關(guān)型：correlationchannel利用碼相關(guān)技術(shù)得到偽距觀測(cè)量（移相器），主要應(yīng)用于導(dǎo)航型接收機(jī)（C/A碼、P碼）（2）載波平方型：squaringchannel利用載波信號(hào)的平方技術(shù)去掉調(diào)制信號(hào),來(lái)恢復(fù)完整的載波信號(hào)，通過(guò)相位計(jì)測(cè)定接收機(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，測(cè)定偽距觀測(cè)值。（3）混合型：codephasechannel綜合上述兩種接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可以得到碼相位偽距、載波相位觀測(cè)值，主要應(yīng)用于測(cè)地型接收機(jī)。（4）干涉型：interferechannel將GPS衛(wèi)星作為射電源，采用干涉測(cè)量方法，測(cè)定相位差、時(shí)間差，求得兩測(cè)站間距離。無(wú)須碼結(jié)構(gòu)和星歷。（5）采用窄相關(guān)技術(shù)和互相關(guān)技術(shù)、Z跟蹤技術(shù)等新技術(shù)目前五十三頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2、按用途分：（1）導(dǎo)航型：主要用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，可以實(shí)時(shí)給出載體的位置和速度。一般采用C/A碼偽距測(cè)量單點(diǎn)實(shí)時(shí)定位，實(shí)時(shí)定位精度較低，一般為±25m，有SA影響時(shí)為±100m。這類接收機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。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(jī)導(dǎo)航定位；

星載型--用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。（2）測(cè)地型：主要用于精密大地測(cè)量和精密工程測(cè)量。主要采用載波相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位，定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。知名的品牌有：Ashtech、Trimble、Thales、Leica、Motorola、南方測(cè)繪、中海達(dá)等（3）授時(shí)型：主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時(shí)，用于天文臺(tái)、無(wú)線電通訊、跟蹤監(jiān)測(cè)時(shí)間同步。目前五十四頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3、按載波頻率分：（1）單頻型：?jiǎn)晤l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。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機(jī)只適用于短基線（<15km）的精密定位。（2）雙頻型：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)電離層延遲的不一樣，可以消除電離層對(duì)電磁波信號(hào)的延遲的影響，因此雙頻接收機(jī)可用于長(zhǎng)達(dá)幾千公里的精密定位。目前五十五頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)4、按接受通道數(shù)分：（1）多通道型：multi-channel多通道同時(shí)跟蹤多顆衛(wèi)星，信噪比較好，測(cè)地型接收機(jī)使用。（2）序貫通道型：sequencingchannel單通道軟件控制，依次跟蹤多顆衛(wèi)星，循環(huán)周期大于20ms，信噪比較差。（3）多路復(fù)用通道型：multiplexingchannel單通道軟件控制，依次跟蹤多顆衛(wèi)星，循環(huán)周期小于或等于20ms，信噪比較差。目前五十六頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)二、GPS接收機(jī)基本結(jié)構(gòu)1、組成：接收機(jī)天線、接收機(jī)主機(jī)、接收機(jī)附件。目前五十七頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2、接收機(jī)天線由接收天線和前置放大器組成1）單極天線（單頻天線）：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小。（1）天線類型：目前五十八頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2）四螺旋型天線：四條金屬管線繞制而成，天線頻帶寬，全圓極化性能好，可以捕獲低高度衛(wèi)星，但不能進(jìn)行雙頻接收，抗震性能差，通常用作導(dǎo)航型接收機(jī)天線。目前五十九頁(yè)\總數(shù)六十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3）微帶天線：