3S技術(shù)集成教案-第四章-空間定位與導航技術(shù)GPS課件

GPS原理及其應用1GPS原理及其應用1全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)§2.1全球定位系統(tǒng)的組成2023/7/232全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)§2.1全球定位系統(tǒng)的組§2.1全球定位系統(tǒng)的組成2023/7/233§2.1全球定位系統(tǒng)的組成2023/7/223GPS的系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)由三部分組成空間部分地面控制部分用戶設備部分全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成2023/7/234GPS的系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)由三部分組成全球定位系統(tǒng)的組成及信GPS的空間部分①GPS的空間部分的組成GPS衛(wèi)星星座全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分6個軌道面平均軌道高度20200km軌道傾角55周期11h58min（顧及地球自轉(zhuǎn)，地球-衛(wèi)星的幾何關(guān)系每天提前4min重復一次）2023/7/235GPS的空間部分①GPS的空間部分的組成全球定位系統(tǒng)的組成及GPS的空間部分②全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分GPS衛(wèi)星星座設計星座：21+321顆正式的工作衛(wèi)星+3顆活動的備用衛(wèi)星保證在每天24小時的任何時刻，在高度角15以上，能夠同時觀測到4顆以上衛(wèi)星當前星座：28顆2023/7/236GPS的空間部分②全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的GPS的空間部分③全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分2023/7/237GPS的空間部分③全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的GPS的空間部分④GPS衛(wèi)星的地面軌跡全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分2023/7/238GPS的空間部分④GPS衛(wèi)星的地面軌跡全球定位系統(tǒng)的組成及信GPS的空間部分⑤GPS衛(wèi)星作用：接收、存儲導航電文生成用于導航定位的信號（測距碼、載波）發(fā)送用于導航定位的信號（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導航電文）接受地面指令，進行相應操作其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等。主要設備太陽能電池板原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）信號生成與發(fā)射裝置全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分2023/7/239GPS的空間部分⑤GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星（續(xù)）類型試驗衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設第三民用頻率GPS的空間部分⑥全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分2023/7/2310GPS衛(wèi)星（續(xù)）GPS的空間部分⑥全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)GPS的空間部分⑦BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同類型的GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分2023/7/2311GPS的空間部分⑦BlockIIRBlockIIABloGPS的空間部分⑧當前的衛(wèi)星狀態(tài)全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的空間部分SUBJ:GPSSTATUS26MAR20041.SATELLITES,PLANES,ANDCLOCKS(CS=CESIUMRB=RUBIDIUM):A.BLOCKI:NONEB.BLOCKII:PRNS1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15PLANE:SLOTF4,B5,C2,D4,B4,C1,C4,A3,A1,E3,D2,F3,F1,D5CLOCK:CS,CS,CS,RB,CS,RB,RB,RB,CS,CS,RB,RB,RB,CSBLOCKII:PRNS16,17,18,20,21,22,24,25,26,27,28,29,30,31PLANE:SLOTB1,D6,E4,E1,D3,E2,D1,A2,F2,A4,B3,F5,B2,C3CLOCK:RB,RB,RB,RB,RB,RB,CS,CS,RB,RB,RB,RB,RB,RB2023/7/2312GPS的空間部分⑧當前的衛(wèi)星狀態(tài)全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)GPS的地面監(jiān)控部分①地面監(jiān)控部分（GroundSegment）組成主控站：1個監(jiān)測站：5個注入站：3個通訊與輔助系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

2023/7/2313GPS的地面監(jiān)控部分①地面監(jiān)控部分（GroundSegGPS的地面監(jiān)控部分②地面監(jiān)控部分（GroundSegment）（續(xù)）分布全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

2023/7/2314GPS的地面監(jiān)控部分②地面監(jiān)控部分（GroundSegmGPS的地面監(jiān)控部分③監(jiān)測站（5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： 夏威夷、主控站及三個注入站。全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

2023/7/2315GPS的地面監(jiān)控部分③監(jiān)測站（5個）全球定位系統(tǒng)的組成及信號GPS的地面監(jiān)控部分④主控站（1個）作用：管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作，收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星，監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，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：美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

2023/7/2316GPS的地面監(jiān)控部分④主控站（1個）全球定位系統(tǒng)的組成及信號GPS的地面監(jiān)控部分⑤注入站（3個）作用： 將導航電文注入GPS衛(wèi)星。地點： 阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的地面監(jiān)控部分

2023/7/2317GPS的地面監(jiān)控部分⑤注入站（3個）全球定位系統(tǒng)的組成及信號GPS的用戶部分①組成用戶接收設備接收設備GPS信號接收機其它儀器設備全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分2023/7/2318GPS的用戶部分①組成全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPGPS的用戶部分②GPS信號接收機組成天線單元帶前置放大器接收天線接收單元信號通道存儲器微處理器輸入輸出設備電源天線單元接收單元全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分2023/7/2319GPS的用戶部分②GPS信號接收機天線單元接收單元全球定位系GPS的用戶部分③天線單元類型單極天線微帶天線錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線空間螺旋天線背腔平面盤旋天線GPS天線全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分2023/7/2320GPS的用戶部分③天線單元GPS天線全球定位系統(tǒng)的組成及信GPS的用戶部分④天線單元（續(xù)）特點單極天線單頻或雙頻（雙極結(jié)構(gòu)）、需要較大的底板、相位中心穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單微帶天線結(jié)構(gòu)簡單、單頻或雙頻、側(cè)視角低（適合于機載應用）、低增益、應用最為廣泛錐形（螺旋）天線四絲螺旋天線–單頻、難以調(diào)整相位和極化方式、非方位對稱、增益特性好、不需要底板空間螺旋天線–雙頻、增益特性好、側(cè)視角高、非方位對稱背腔平面盤旋天線全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分2023/7/2321GPS的用戶部分④天線單元（續(xù)）全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)GPS的用戶部分⑤天線單元天線特性相位中心、增益方式、帶寬、極化相位中心平均相位中心與幾何中心相位中心的偏移相位中心偏移的消除：歸心改正、消去法天線高–標志至平均相位中心所在平面的垂直距離L2的平均相位中心12L1的平均相位中心r1r2H’HHH’hR全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)>GPS的組成>GPS的用戶部分2023/7/2322GPS的用戶部分⑤天線單元L2的平均相位中心12L1的平GPS的用戶部分⑥接收單元接收（信號）通道定義：接收機中用來跟蹤、處理、量測衛(wèi)星信號的部件，由無線電元器件、數(shù)字電路等硬件和專用軟件所組成。類型：根據(jù)信號跟蹤方式：序慣通道、多路復用通道和多通道；根據(jù)工作原理：