GPS原理及其应用 第三章 全球定位系统的组成及信号结构1

1、第三章 全球定位系统的组成及信号结构3.1 全球定位系统的组成3.1 全球定位系统的组成GPS的系统组成GPS系统由三部分组成空间部分地面控制部分用户设备部分全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成GPS的空间部分GPS的空间部分的组成GPS卫星星座全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分6个轨道面平均轨道高度20200km轨道倾角55 周期11h 58minGPS的空间部分全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分GPS卫星星座设计星座：21+321颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15以上，能够同时观测到4颗以

2、上卫星GPS的空间部分全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分GPS的空间部分GPS卫星的地面轨迹全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分GPS的空间部分GPS卫星 作用：接收、存储导航电文生成用于导航定位的信号（测距码、载波）发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）接受地面指令，进行相应操作其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 主要设备太阳能电池板原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成与发射装置 全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分GPS卫星（续）类型试验卫星：Block 工作卫星：Block Bloc

3、k ：存储星历能力为14天，具有SA和AS能力Block A （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜Block R （Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯Block F（Follow On）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率（2010.8.27， SVN62 or PRN25）GPS的空间部分全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分GPS的空间部分Block IIRBlock IIABlock IIABlock IIRBlock IIFBlock IIR不同类型的GPS

4、卫星全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分GPS的空间部分当前的卫星状态全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的空间部分SUBJ: GPS STATUS 26 MAR 20041. SATELLITES, PLANES, AND CLOCKS (CS=CESIUM RB=RUBIDIUM):A. BLOCK I : NONE B. BLOCK II: PRNS 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15 PLANE : SLOT F4, B5, C2, D4, B4, C1, C4, A3, A1, E3, D2

5、, F3, F1, D5 CLOCK : CS, CS, CS, RB, CS, RB, RB, RB, CS, CS, RB, RB, RB, CS BLOCK II: PRNS 16, 17, 18, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 PLANE : SLOT B1, D6, E4, E1, D3, E2, D1, A2, F2, A4, B3, F5, B2, C3 CLOCK : RB, RB, RB, RB, RB, RB, CS, CS, RB, RB, RB, RB, RB, RBGPS的地面监控部分 地面监控部分 （Groun

6、d Segment）组成主控站：1个监测站：5个注入站：3个通讯与辅助系统全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的地面监控部分 GPS的地面监控部分地面监控部分 （Ground Segment）（续）分布全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的地面监控部分 GPS的地面监控部分监测站（5个）作用：接收卫星数据，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。全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的地面监控部分 GPS的地面监控部分主控站（1个）作用：管理、协调地面监控系统各部分的工作，收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入

7、站将卫星星历注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指令；卫星维护与异常情况的处理。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的地面监控部分 GPS的地面监控部分注入站（3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）全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的地面监控部分 GPS的用户部分组成用户接收设备接收设备GPS信号接收机其它仪器设备全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的用户部分GPS的用户部分GPS信号接收机组成天线单元带前置放大器接收天线接收单元信号通道存储器微

8、处理器输入输出设备电源天线单元接收单元全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的用户部分GPS的用户部分 天线单元类型单极天线微带天线锥形（螺旋）天线 四丝螺旋天线空间螺旋天线背腔平面盘旋天线GPS天线全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的用户部分GPS的用户部分天线单元（续）特点单极天线单频或双频（双极结构）、需要较大的底板、相位中心稳定、结构简单微带天线结构简单、单频或双频、侧视角低（适合于机载应用）、低增益、应用最为广泛锥形（螺旋）天线 四丝螺旋天线 单频、难以调整相位和极化方式、非方位对称、增益特性好、不需要底板空间螺旋天线 双频、增益特性好、侧视角高、非方位对称背腔平面盘旋天线全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的用户部分GPS的用户部分天线单元天线特性相位中心、增益方式、带宽、极化相位中心平均相位中心与几何中心相位中心的偏移相位中心偏移的消除：归心改正、消去法天线高 标志至平均相位中心所在平面的垂直距离L2的平均相位中心12L1的平均相位中心r1r2HHHHhR全球定位系统的组成及信号结构 GPS的组成 GPS的用户部分GPS的用户部分接收单元接收（信号）通道定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。