武汉大学第四章GPS系统组成及信号

1、第四章第四章 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 GPS 4.2 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 GPS GPS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

2、 GPS的空间部分的空间部分 vGPS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 Bl

3、ock Block Block A Block 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

4、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 Bloc

5、k 卫星卫星 Block R卫星卫星 GPS卫星星座（卫星星座（ =35 ， =90 ） 4.1.3 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

6、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备信号接收机及相关设备 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

7、 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（Y v方法 技术：轨道加绕