GPS系统组成及信号

1、第第4 4章章GPSGPS系统组成及信号系统组成及信号本章内容本章内容v 4.1 GPS 4.1 GPS的系统组成的系统组成v 4.2 GPS4.2 GPS的信号结构的信号结构v 4.3 4.3 美国政府美国政府GPSGPS政策政策4.1 4.1 系统组成系统组成v GPS GPS的空间部分的空间部分v GPSGPS的系统组成的系统组成v 用户设备部分用户设备部分4.1.1 GPS4.1.1 GPS的系统组成的系统组成GPSGPS系统由系统由空间部分空间部分、地面控制部分地面控制部分和和用用户设备部分户设备部分等三部等三部分组成分组成4.1.2 GPS4.1.2 GPS的空间部分的空间部分vG

2、PS卫星星座 6 6个轨道面，平均轨道高度个轨道面，平均轨道高度20200km20200km，轨道倾角，轨道倾角55 55 ，周期，周期11h 11h 58min58min设计星座：设计星座：21+321+3 21 21颗正式的工作卫星颗正式的工作卫星+3+3颗活颗活动的备用卫星动的备用卫星 保证在保证在2424小时，在小时，在高度角高度角1515 以以上，能够同时观测到上，能够同时观测到4 4至至8 8颗卫星颗卫星当前星座：当前星座：2828颗颗类型类型 试验卫星：试验卫星：Block Block 工作卫星：工作卫星：Block Block Block Block Block A Block

3、 A Block R Block R Block F Block F（新一代的新一代的GPSGPS卫星）卫星）v GPS卫星v 作用： 发送用于导航定位的信号 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 主要设备：原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成与发射装置v 第一代卫星现已停止工作。v 第二代卫星用于组成GPS工作卫星星座，通常称为GPS工作卫星。Block A的功能比Block 大大增强，表现在军事功能和数据存储容量。Block 只能存储供45天用的导航电文，而Block A则能够存储供180天用的导航电文，以确保在特殊情况下使用GPS卫星。 第三代卫星尚在设计中，以取代第二代卫第三代卫星尚在

4、设计中，以取代第二代卫星，改善全球定位系统。其特点是：可对自己星，改善全球定位系统。其特点是：可对自己进行自主导航；每颗卫星将使用星载处理器，进行自主导航；每颗卫星将使用星载处理器，计算导航参数的修正值，改善导航精度，增强计算导航参数的修正值，改善导航精度，增强自主能力和生存能力。椐报道，该卫星在没有自主能力和生存能力。椐报道，该卫星在没有与地面联系的情况下可以工作与地面联系的情况下可以工作6 6个月，而其精个月，而其精度可与有地面控制时的精度相当。度可与有地面控制时的精度相当。Block 卫星卫星Block 卫星卫星Block R卫星卫星GPS卫星星座（卫星星座（ =35 ， =90 ）4.

5、1.3 4.1.3 地面监控部分地面监控部分vGPS的地面控制部分（地面监测系统） 组成：主控站（1个）、跟踪站（5个）和注入站（3个） 作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间。主控站主控站监控站监控站监控站监控站注入站注入站/监控站监控站注入站注入站/监控站监控站注入站注入站/监控站监控站地面监控系统工作流程地面监控系统工作流程v主控站（1 1个）个）作用： 收集各检测站的数据，编制导航电文，监控卫星状态； 通过注入站将卫星星历注入卫星，向卫星发送控制指令； 卫星维护与异常情况的处理。地点：美国克罗拉多州法尔孔空军基地。v跟踪站（跟踪站（5 5个）个）作用：接收卫星

6、数据，采集气象信息， 并将所收集到的数据传送给主控站。地点：夏威夷、主控站及三个注入站。v注入站（注入站（3 3个）个）作用：将导航电文注入GPS卫星。地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）。4.1.3 4.1.3 用户设备部分用户设备部分v用户设备部分用户设备部分 - GPS- GPS信号接收机及相关设信号接收机及相关设备备接收、跟踪、变换和测量GPS信号的设备多数采用石英钟GPS接收机:能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的卫星信号接收设备(1) (1) 导航型接收机导航型接收机 此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。单点实时定位

7、精度较低，一般为25m,有SA影响时为100m。根据应用领域的不同，此类接收机可以进一步分为：1.1.按接收机的用途分类可分为：按接收机的用途分类可分为： 车载型用于车辆导航定位； 航海型用于船舶导航定位； 航空型用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空用的接收机要求能适应高速运动。 星载型用于卫星的导航定位。由于卫星的运动速度高达7公里/秒以上，因此对接收机的要求更高。 (2) (2) 测地型接收机测地型接收机 测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。(3) (3) 授时型接收机授时型接收机 这

8、类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。2.2.按接收机的载波频率分类按接收机的载波频率分类(1) (1) 单频接收机单频接收机 单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线（Yv方法技术：轨道加绕（长周期，慢变化）技术：星钟加绕（高频抖动，短周期，快变化）已于2000年5月1日取消4.3.3 GPS4.3.3 GPS现代化现代化v提高信号质量v在L2上增加C/A码v增加第三民用频率L5v增加2个军用码：M1，M2v局部关闭思考题思考题1 1、GPSGPS由哪几部分组成，各部分的功能是什么？由哪几部分组成，各部分的功能是什么？2 2、GPSGPS信号包括哪些成分？信号包括哪些成分？3 3、什么是伪随机噪声码，它有什么特性？、什么是伪随机噪声码，它有什么特性？4 4、采用测距码测距，有哪些优点？、采用测距码测距，有哪些优点？5 5、什么是伪距？、什