GPS工作原理认知

GPS工作原理认知GPS工作原理认知【认知目标】了解GPS的发展历程，认知GPS基本工作原理；了解IMO对GPS的安装要求和性能指标的要求。【能力目标】能阅读GPS接收机英版说明书；会操作GPS接收机。【情意目标】树立团队合作、较强的安全意识和高度的社会责任感，培养严谨踏实的工作态度，树立不断学习进取的信念。描述GPS系统的组成及GPS接收机的工作过程描述GPS定位、测速原理21任务GPS工作原理认知GPS工作原理认知

卫星导航系统简介

卫星导航系统由导航卫星、地面站、用户设备组成。GPS工作原理认知

卫星导航系统简介GPS工作原理认知

卫星导航系统特点

1）设置卫星不受地理、气象等限制，可按需要在各种轨道配置；只要少数几颗就可覆盖全球；

2）卫星导航范围可从地球表面延伸到外层空间；不受气象和时间的限制，可全天候导航；

3）卫星数目多，可选择几何图形最佳的一组卫星进行高精度三维定位和导航；

4）卫导系统功能多，导航、通信、识别、授时等，抗干扰性好，保密性强；5）卫星导航仪体积小、重量轻、操作简单；可显示经纬度船位和其他导航数据，不需要特种图表，极大减轻劳动强度；6）卫星轨道存在漂移，需要地面站精确测量并预报；7）地面工程庞大，卫星寿命短，设备成本和维修费用高；8）不能为水下运载体提供导航；9）垄断控制。GPS工作原理认知

卫星导航系统简介GPS采用WGS84坐标系GPS定位计算时必须进行坐标系的转换。（WGS84坐标系转换成地理坐标系）GPS工作原理认知

卫星导航系统简介由于对流层影响，若考虑卫星的最小仰角，则其覆盖区将变小。若卫星的高度越高、最小仰角越小，则卫星的覆盖区越大。GPS工作原理认知

GPS导航系统GPS工作原理认知

GPS导航系统－空间部分（GPS导航卫星网）GPS工作原理认知

GPS导航系统－空间部分（GPS导航卫星网）工作参数：轨道高度：20183km运行周期：717.88min约11h58m轨道倾角：约55°。在地平线7°.5以上至少可以看到4颗卫星，在地平线以上至少可以看到5颗卫星，最多可以看到11颗卫星。

发射频率：1575.42MHZ（L1波段）和1227.60MHZ（L2波段）。L1调制导航数据、P码和C/A码。

L2调制导航数据和P码。

GPS发射双频L1、L2是为了校正电离层产生的附加延时。以后增加L5（1176MHz）发射天线：12个鞭状螺旋天线，波束宽度30°GPS工作原理认知

GPS导航系统－地面部分

主控站跟踪站跟踪站跟踪站注入站跟踪站注入站跟踪站注入站GPS工作原理认知

GPS导航系统－地面部分地面监控工作框图数据处理机接收机调制解调器气象传感器原子钟跟踪站观测星历与时钟编算注入导航电文计算误差主控站调制解调器数据处理机高功率放大器指令发生器数据存储器和外部设备注入站L1，L2S波段GPS卫星GPS卫星GPS工作原理认知

GPS导航系统－用户设备（GPS接收机）

当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出船舶的三维位置、三维速度和时间。GPS工作原理认知

GPS导航系统－导航电文在每星期日零时，与每星期日零时同步的10.23MHz时钟脉冲驱动两对移位寄存器产生212-1长度的m序列码，再截短产生码率为10.23MHz、周期为1.5s的X1子码，一周期中的码位数为10.23×106×1.5=15345000个，同样产生X2子码，码率与X1相同，但一周期中的码位数比X1长37个；将X1与X2相乘，乘积码就是P码，其码元个数为15345000×15345037=235469592765000个，周期为15345037×1.5s=266.4天（约38星期）。实际使用时，每颗卫星从中选取不重叠、周期为7天且起始时刻选在每星期日零时的一段（即码分多址）。用户利用伪码良好的自相关性和互相关性特性，拒收不需要的卫星信号，分开需同时接收的不同卫星的信号。GPS工作原理认知

GPS导航系统－导航电文CA码：低速、短周期的伪随机二进制序列码， （1.023MHz、1ms），测距精度低，协助捕获P码P码：快速、长周期的伪随机二进制序列码， （10.23MHz、7day），测距精度高，难于捕获GPS工作原理认知

GPS导航系统－导航电文码分多址的优点:a.抗干扰CA（P）码有良好的自相关函数，使其易于在噪声背景中被识别；不同的CA（P）码间有良好的互相关函数，则不同的卫星信号间的相互干扰很小。b.码分多址识别卫星CA码：1025种；P码：1444

种。c.伪码加密GPS数据经过CA（P）码扩频发射，频谱展宽，单位频带内信号功率下降，减小信号检测和窃取的可能；又需经解扩提取，必须知道伪码才可提取。d.精确测距若伪码锁定跟踪精度1/100，P码码位宽度为29.3m，则测距误差29.3m/100=0.293mGPS工作原理认知

GPS导航系统－导航电文导航电文内容GPS卫星发送的导航电文是每秒50位的连续的数据流，每颗卫星都同时向地面发送以下信息：系统时间、时钟校正值、自身精确的轨道数据、其他卫星的近似轨道信息、电离层模型参数和世界协调时（UTC）数据等系统状态信息。导航电文用于计算卫星当前的位置和信号传输的时间，从而使GPS接收机在接收导航电文后能确定自身的位置。每个卫星独自将数据流调制成高频信号，数据传输时按逻辑分成不同的帧，每一帧有1500位，传输时间需30秒。每一帧可分为五个子帧，每子帧有300位，传输时间为6秒。每25帧构成一个主帧，传输一个完整的历书需要1个主帧，也就是需要12.5分钟。一个GPS接收机要实现其功能至少要接收一个完整的历书。GPS工作原理认知

GPS导航系统－导航电文导航电文内容GPS工作原理认知

GPS系统定位原理用户空间位置

GPS是一种测距定位系统，GPS卫星导航仪接收其视界内一组卫星的导航信号，从中取得卫星星历、时钟校正参量、大气校正参量等数据，并且测量卫星信号的传播延时和多普勒频移。根据卫星星历计算出卫星发射信号时的位置；根据卫星信号的传播延时和光速的乘积计算出卫星与用户的距离；根据卫星信号的传播延时、光速、多普勒频移计算出用户的三维运行速度。若用户时钟无偏差，用户利用3颗卫星可以得到以卫星为球心、以卫星到用户的距离为半径的3个球面，其交点就是用户三维空间位置。GPS工作原理认知

GPS系统定位原理用户空间位置由于卫星导航仪利用相关技术测得的距离包含了因时钟、卫星钟、电离层及对流层等的误差或变动所引起电波传播的延时，即各类测距误差（卫星钟误差、信号传播误差、用户钟差等），故卫星导航仪测得的距离称为“伪距离”。GPS工作原理认知

GPS系统定位原理定位计算1）导航仪根据其内存储的GPS历书，计算卫星的概略位置2）导航仪根据键入的推算船位、时间、精度几何因子数值

选择仰角≥5°、几何配置最好的4颗或3颗卫星3）导航仪对GPS卫星进行频率和伪码的二维搜索， 码同步后转入载波相位跟踪、检测、存储导航电文；4）导航仪根据所测的伪距、从卫星星历算出的卫星位置、及传播延时的计算和修正，计算出用户的三维位置。再转换为地理坐标数据（经、维度）显示出来。GPS工作原理认知

GPS系统定位原理定位计算1）导航仪根据其内存储的GPS历书，计