GPS卫星定位系统

第二章GPS卫星定位系统第一节、GPS系统的组成GPS定位系统GPS卫星（空间星座部分）地面监控系统（地面监控部分）GPS接收机（用户部分）24颗卫星1个主控站3个注入站5个监测站各型GPS接收机1、空间星座部分24颗卫星(21+3)6个轨道平面

55º轨道倾角

2万km轨道高度(地面高度)12小时(恒星时)轨道周期

5个多小时出现在地平线以上(每颗星)GPS卫星星座的功能主要包括：（1）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；（2）卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作；（3）通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基准信号和提供精密的时间标准；（4）向用户发送导航定位信号。包括：两种载波（L1和L2）调制在L1上的伪噪声码C/A码（CoarseAcquisitionCode粗捕获码）调制在L1和L2上的伪噪声P码(PreciseCode精码)（5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。2、地面监控部分地面监控部分主要包括：一个主控站：科罗拉多•斯必灵司

三个注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥•伽西亚(DiegoGarcia)

卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)55夏威夷阿松森迭哥•伽西亚卡瓦加兰科罗拉多•斯必灵司地面主控站的作用主控站的作用

收集数据

数据处理监测与协调

控制卫星

2、地面监控部分地面监控站的作用2、地面监控部分监控站伪距导航数据气象数据卫星状态数据主控站测传送注入站的作用

注入站的主要作用是将主控站需传输给卫星的资料以既定的方式注入到卫星存储器中，供卫星向用户发送。

3、用户接收部分天线前置放大器GPS信号接收机射电部分微处理器电源部分数据存器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制3、用户接收部分按用途按携带形式

按工作原理

按载波频率

GPS信号接收机分类

导航型、测地型和授时型

码接收机和无码接收机

单频接收机和双频接收机

袖珍式、背负式、车载式、舰用式、空（飞机）载式、弹载式和星载式第二节、GPS卫星信号GPS卫星信号由载波、测距码和导航电文三部分组成一、GPS卫星信号的内容

第二节、GPS卫星信号GPS载波信号L1载波GPS的测距码C/A码P码导航电文卫星的星历卫星工作状态时间系统卫星钟运行状态轨道摄动改正大气折射改正L2载波GPS卫星信号第二节、GPS卫星信号

右图为GPS卫星信号的构成示意图。图中说明所有信号分量是根据同一基准频率（图中A点）产生的，其中包括载波（B点），（C点），调制在载波上的调相信号C/A码（D点），P码（F点）和数据码（G点），经卫星发射天线（H点）发射的信号分量包括：C/A码信号（J点），L1—P码信号（K点）和L2—P码信号（L点）。GPS信号的构成

二、GPS卫星信号构成三、测距码的产生第二节、GPS卫星信号

C/A码码率为1.023MHz，周期为1ms，一周期内有1023个码位。C/A码由两个1023bit的伪随机码和的乘积构成的Gold码。C/A码形成方框图四、导航电文

GPS卫星的导航电文主要包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态和C/A码转换到捕获P码的信息。将这些信息以数据，即以二进制码的形式向用户发送，所以导航电文又称为数据码，即D码。

第二节、GPS卫星信号第二节、GPS卫星信号123451234567891030s6s0.02s0.6s25页10个字30比特导航电文的基本构成

TLMHOW数据块—1时钟修正参数TLMHOW数据块—2星历表TLMHOW数据块—2星历表继续TLMHOW数据块—3卫星历书等TLMHOW数据块—3卫星历书等12345一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特电文一主帧结构图

第二节、GPS卫星信号第三节卫星运动的基础知识与GPS卫星星历一、卫星的无摄运动卫星运动不仅受地心引力的作用，而且还受到非地心引力、日月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动。第三节卫星运动的基础知识与GPS卫星星历轨道形状与大小：轨道长半径as；扁心率es；轨道椭圆在轨道平面上的定向：近地点角距ω；卫星在轨道平面上的位置：真近点角V（变量）；轨道平面与地球体之间的相对定向：升交点赤经Ω；轨道面倾角i。辅助参数平近点角M和偏近点角E。M=n(t-t0)…………t0为卫星过近地点时刻。参数说明:近地点角距——近地点与升交点的地心夹角。真近点角——卫星与近地点的地心夹角。升交点赤经——升交点与春分点的地心夹角。轨道面倾角——卫星轨道面与天球赤道面的夹角。升交距角——卫星与升交点的地心夹角，即真近点角与近地点角距之和。2、无摄运动的轨道参数第三节卫星运动的基础知识与GPS卫星星历

在轨道直角坐标系中的位置：卫星在天球坐标系和地球坐标系中的位置通过坐标系的转换求得。但在转换前需加摄动改正。3、无摄卫星位置计算第三节卫星运动的基础知识与GPS卫星星历

卫星星历是描述卫星运行轨道的参数，分预报星历和后处理星历。

1、预报星历由卫星向用户播发。可用于实时定位。分C/A码星历和P码星历。

内容：分三部分，开普勒六参数、轨道摄动九参数、时间二参数。

预报星历的内容：

1）开普勒六参数

e,i0,ωs,Ω0,M0Ω0——星期日子夜零时的格林威治子午面与参考时刻toe时的升交点所在子午面之间的夹角。二、卫星星历2)、轨道摄动九参数3)、时间二参数

toe——星期日子夜零时起算的星历参考时刻。取值范围：0~604800s。

AODE——数据龄期，即用于推算星历的监测站观测数据的最后观测时刻tL到toe的时间间隔，AODE=toe-tL。注：不属于星历的其它信息表2.3前3行，后5行，与星历同属导航电文。

1）卫星钟差改正参数：Δts=a0+a1(t-toC)+a2(t-toC)2

toC——星钟参考时刻。

2）GPD——星期数，取值范围0~10241980.1.6~1999.8.22，1999.8.22