3S技术集成教案——第四章 空间定位与导航技术GPS

GPS原理及其应用,.,全球定位系统的组成及信号结构,2.1全球定位系统的组成,.,2.1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11h58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）,.,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颗以上卫星当前星座：28颗,.,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：BlockBlock：存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力BlockA（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BlockR（Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯BlockF（FollowOn）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率,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,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: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,RB,.,GPS的地面监控部分,地面监控部分（GroundSegment）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（GroundSegment）（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,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。类型：根据信号跟踪