《GPS卫星导航系统》.ppt

第三章 GPS系统与信号 本章内容安排 GPS系统组成及各部分的作用 GPS卫星导航电文 GPS卫星在轨位置计算 GPS技术展望 GPS系统组成及各部分作用 GPS系统组成及各部分作用 GPS卫星轨道和星座 GPS系统卫星星座基本参数： 卫星数（颗） 21+3 轨道数（个） 6 倾角 55° 轨道平面间距 60° 运行周期 11h58min 卫星轨道高度（km） 20200 GPS系统组成及各部分作用 GPS系统组成及各部分作用 GPS系统组成及各部分作用 GPS卫星作用 接收、存储导航电文 生成并发送用于导航定位的信号 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途 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 GPS系统组成及各部分作用 GPS地面监控系统 GPS系统组成及各部分作用 GPS系统组成及各部分作用 主控站 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。 监测站 接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫 星，并将收集到的数据传送给主控站。 地点：夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）。 注入站 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）、卡瓦加兰 （太平洋）。 GPS系统组成及各部分作用 GPS系统组成及各部分作用 用户设备 各种型号的GPS接收机 GPS系统组成及各部分作用 接收机分类（用途） 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; 星载型——用于卫星导航定位; 测地型——用于大地测量。 GPS系统组成及各部分作用 接收机分类（载波频率） 单频接收机：单频接收机只能接收L1载波信号，不能消除电离层误差; 双频接收机：双频接收机可以同时接收L1、L2载波信号。利用不同频率对电离层延迟的差别，可以 消除电离层延迟的影响 。 GPS系统组成及各部分作用 接收机分类（通道数） 多通道接收机 序贯通道接收机 多路多用通道接收机 GPS系统组成及各部分作用 接收机分类（工作原理） 码相关型接收机：利用码相关技术得到伪距观测 值； 平方型接收机：利用载波信号的平方技术去掉调制信号，来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值； 混合型接收机：综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值； 干涉型接收机：将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。  GPS系统组成及各部分作用 GPS接收机结构 天线单元：包括接收天线和前置放大器。对天线的性能要求有：高增益、低噪声系数、大的动态范围等； 接收单元：接收信号并处理，计算需要的信息； 通道单元：包括码延迟锁定环（DLL）和载波相位锁定环（PLL）； 计算和显示单元：根据采集到的信息，计算和显示三维坐标和速度； 存储单元：用于存储输入的各种数据; 电源：提供接收机需要的电能。 GPS卫星信号 GPS信号包括三种信号分量：载波、测距码和数据码 (导航电文)。时钟频率 f0 =10.23MHz，利用频率综合器产生所 需要的频率。 GPS卫星信号 载波（L波段） L1载波： ，波长 ； L2载波： ，波长 。 载波信号L1上调制有P码、C/A码及D码；而载波信号L2上只调制P码和D码。其信号结构为： GPS卫星信号 C/A码（Coarse/Acquisition Code） 由M序列优选对组合码形成的Gold码（G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； 码长很短，可以在一秒钟搜索一千次，所以C/A码除了用于捕获卫星信号和提供伪距观测量外，还可以过渡到捕获P码。 GPS卫星信号 GPS卫星信号 P码（Precise Code） 由两个伪随机码相乘构成； 码率：10.23MHz； 周期：7天； 1周期含码元数：618710400000