4 GPS卫星的导航电文和卫星信号ppt课件

1、1第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号2GPS卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文主要内容卫星星历时钟改正电离层时延改正工作状态信息C/A码转换到捕获P码的信息uGPS卫星的导航电文3作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息基本结构.第1字遥测字(30bits)第2字交接字(30bits).第10字(30bits)第1子帧（第1数据块）(300bits)第1字遥测字(30bits)第2字交接字(30bits).第10字(30bits)第2子帧（第2数据块）(300bits)第3子帧（第2数据块）(300bits)第4子帧（第3数据块）(300bits)第5子帧

2、（第3数据块）(300bits)第1主帧(1500bits)第2主帧(1500bits).第1子帧（第1数据块）(300bits).第5子帧（第3数据块）(300bits)第25主帧(1500bits)导航电文GPS卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文4基本内容GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文卫星的导航电文5遥测码（TLM Telemetry Word）每一子帧的第1个字码用作捕获导航电文的前导转换码（HOW Hand Over Word）每一子帧的第2个字码主要内容：Z计数GPS卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文6第一数据块第

3、1子帧的第310字码内容：WN GPS周L2所调制测距码标识符 “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码传输参数N URATGD 信号在卫星内部的时延星钟数据龄期AODC星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）GDSVLSVTtt1)(LOCttAODC2210)()(ococSVttattaatGPS卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文7第二数据块第2、3子帧内容该发送信号卫星的星历 广播星历星历参数AODEtCCCCCCiiaenMoeisicrsrcusuc,000GPS卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文8第三数据块第4、5子帧内容：所有卫星历书（概

4、略星历）第三数据块的内容每12.5分钟重复一次GPS卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星的导航电文9uGPS卫星信号GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号10概述GPS卫星信号的组成部分载波（Carrier）L1L2测距码（Ranging Code）C/A码（目前只被调制在L1上）P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）卫星（导航）电文（Message）GPS卫星信号的生成关键设备 原子钟GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号11GPS卫星的基准频率 f0由卫星上的原子钟直接产生频率为10.23MHz卫星信号的所有成

5、分均是该基准频率的倍频或分频1012020001541575.42MHz;19.03cm1201227.60MHz;24.42cm/101.023MHz;10.23MHz;2046000050LLLLffffC AfPffHz码码率码码率卫星（导航）电文码率GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号12载波作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cmL2 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后增加L5 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长

6、：25.48cmL119.03c mL224.42c mGPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号13载波特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号14测距码作用测距性质为伪随机噪声码（PRN Pseudo Random Noise）不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数）对齐的同一组码间的相关系数为1GPS卫星的导航电文和卫星信号卫

7、星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号15测距码类型目前C/A码（Coarse/Acquisition Code） 粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上P（Y）码（Precise Code） 精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：60；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上现代化后在L2上调制C/A码在L1和L2增加调制M码GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号16卫星信号的调制模二和运算规则二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表

8、示二进制“1”，则000; 110; 101; 011111; 111; 111; 111GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号17卫星信号的调制二进制信号的相位调制)cos()()(ttBtS调频调频FM调幅调幅AM调相调相PM注：其它调制方式注：其它调制方式GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号18卫星信号的调制GPS卫星信号的调制示意图卫星信号的调制原理)cos()()()()sin()()()cos()()()(22211111LLiiPLLLiiCLLiiPLttDtPBtSttDtCAttDtPAtSG

9、PS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星信号卫星信号19uGPS卫星位置的计算计算思路首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-k角，求出卫星在地固系下的坐标轨道平面坐标轨道平面坐标系系轨道参轨道参数数地心升交点xy近地点卫星近地点角距真近点角升交距角GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星位置的计算卫星位置的计算 20升交点Z (Z)YXro春分点轨道平面卫星升交点赤经i 轨道倾角轨道椭圆中心赤道面近地点近地点角距长半径t0 过近地点时刻e 轨道偏心率地心f 真近点角XY起始子午面 升交点经度kG A

10、ST xyGPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星位置的计算卫星位置的计算21计算过程计算卫星运行的平均角速度计算归化时间tk计算t时刻卫星的平近点角计算偏近点角03314320()843.986005 10GMnaaWGSmsnnn称为地球引力常数，在系中定义为kkntMM0kkkEeMEsinGPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星位置的计算卫星位置的计算oekttt22计算过程（续）计算真近点角计算升交距角eEEearctgVkkkcossin12GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星位置的计算卫星位置的计算

11、kV23计算过程（续）计算摄动改正项进行摄动改正计算卫星在轨道平面坐标系中的位置)( 2sin()( 2cos()()( 2sin()( 2cos()()( 2sin()( 2cos()(tuCtuCtituCtuCtrtuCtuCtuisicrsrcusuc)()()()()( )()()( )(0tittiititrtrtrtututuoe)(sin)()()(cos)()(tutrtytutrtxGPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星位置的计算卫星位置的计算24计算过程（续）计算升交点经度计算卫星在地固坐标系下的坐标计算卫星在协议地球坐标系中的坐标oeeoee

12、ktttt)()()(0)(sin)(cos)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos0)()(tyttiytxttiytxyxtiRtRZYXkkkkkxkZGPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS卫星位置的计算卫星位置的计算25uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理徕卡徕卡GPS接收机接收机26uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理天宝天宝GPS接收机接收

13、机27uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理天宝天宝GPS接收机接收机28uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理南方灵锐南方灵锐GPS接收机接收机29uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理拓普康拓普康GPS接收机接收机30uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和

14、卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理中海达中海达GPS接收机接收机31uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理阿斯泰克阿斯泰克GPS接收机接收机32n GPS接收机分类接收机分类 用途用途l 导航型导航型l 测地型测地型l 授时型授时型 载波频率载波频率l 单频接收机单频接收机l 双频接收机双频接收机uGPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理33n GPS

15、接收机分类（续）接收机分类（续） 通道数通道数l 多通道多通道l 序贯通道序贯通道l 多路多用通道多路多用通道 工作原理工作原理l 码相关型码相关型l 平方型平方型l 混合型混合型l 干涉型干涉型GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理34n GPS接收机的组成及工作原理接收机的组成及工作原理 组成组成l 天线单元天线单元l 主机单元主机单元l 电源电源 GPS接收机天线接收机天线l 接收机天线：转化接收机天线：转化l 前置放大器：放大前置放大器：放大GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机

16、基本工作原理35n GPS接收机的组成及工作原理（续）接收机的组成及工作原理（续） 接收机主机接收机主机l 变频器及中频放大器：变频、放大变频器及中频放大器：变频、放大l 信号通道：核心信号通道：核心 搜索、牵引、跟踪卫星搜索、牵引、跟踪卫星 解扩、解调解扩、解调 测量测量l 存储器：存储数据存储器：存储数据l 微处理器：灵魂微处理器：灵魂 开机自检开机自检 搜索、跟踪卫星搜索、跟踪卫星 计算计算 接收用户输入信号接收用户输入信号l 显示器显示器GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理36n GPS接收机的组成及工作原理（续）接收机的组

17、成及工作原理（续） 电源电源l 内电源：锂电池内电源：锂电池l 外接电源：电瓶外接电源：电瓶 接收机的主要任务接收机的主要任务l 捕获、跟踪卫星捕获、跟踪卫星l 变频、放大、处理变频、放大、处理GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理37n 软件软件GPS接收机接收机 基本结构基本结构l 硬件部分硬件部分 天线：接收信号天线：接收信号 RF：放大、转换、输出：放大、转换、输出 ADC：信号数字化：信号数字化l 软件部分软件部分 信号捕捉单元信号捕捉单元 信号跟踪单元信号跟踪单元 子帧识别单元子帧识别单元 获取星历数据和伪距单元获取星历数

18、据和伪距单元 卫星视位置计算单元卫星视位置计算单元 用户定位计算单元用户定位计算单元GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理38n 软件软件GPS接收机（续）接收机（续） 优点优点l 有利于提高测量精度有利于提高测量精度l 便于便于GPS信号的升级换代信号的升级换代l 便于多种算法集成于一台接收机便于多种算法集成于一台接收机l 便于接收机低功耗、小型化便于接收机低功耗、小型化GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 GPS接收机基本工作原理接收机基本工作原理39n 主要技术参数 接收机：l 12 个并行的独立通道、可同时接

19、收12 颗卫星l L1 载波相位、CA 码伪距，1575.42MHzl 扁平有源天线带内装式抑径板l 根据卫星高度及卫星运行的健康状况自动选择卫星l flash 闪存内存16M（与优盘同芯片组），可存储连续约20 天数据量l 240*160 的大液晶显示屏l 两块高性能锂电池连续工作时间长达16 小时之久GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 北极星北极星9600型型GPS接收机简介接收机简介u北极星北极星9600型型GPS接收机简介接收机简介40n 主要技术参数 静态相对定位精度：l 静态基线：（5mm+1ppml 高 程：（10mm2ppm） 同步观测时间：45 分钟左右l

20、 同步观测时间的多少与所测距离有关l 与要求达到的精度有关l 与观测时间段及卫星图形强度等因素有关GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 北极星北极星9600型型GPS接收机简介接收机简介41n 接收机操作 初始界面l 模式的选择 智能模式 手动模式 节电模式GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 北极星北极星9600型型GPS接收机简介接收机简介 F1 F2 F3 F4 PWR42n 接收机操作 初始界面l 指示灯含义 显示屏上方三个指示灯依次电源灯、卫星灯、信息灯。 若正在使用 A 电池，则电源灯为绿灯；若正在使用 B 电池，则电源灯为黄灯；若 A、B 电池

21、均不足，则电源灯变为红色，此时应更换电池。 未进入 3D 状态时，信息灯每闪烁N 次红灯，则卫星闪烁一次红灯（N 表示可视的卫星数）；进入3D 状态后，开始记录，此时信息灯闪烁M 次绿灯，卫星灯闪烁一次绿灯，（M 表示采集间隔，即每隔M 秒记录一次数据）。GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 北极星北极星9600型型GPS接收机简介接收机简介43n 接收机操作 系统界面l 卫星分布图l 系统提示框 北京时间 记录时间 剩余容量 采用的电源系统及电量显示l 功能项GPS卫星的导航电文和卫星信号卫星的导航电文和卫星信号 北极星北极星9600型型GPS接收机简介接收机简介 F1 F2 F3 F4 PWR44n 接收机操作