GPS-3全球定位系统组成信号结构分析.ppt

《GPS原理及其应用》;第三讲 全球定位系统的组成及信号结构;主要内容;§3.1 全球定位系统的组成;1、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;GPS卫星 试验卫星：Block Ⅰ 工作卫星：Block Ⅱ（存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力） Block ⅡA （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SVN35和SVN36带有激光反射棱镜 Block ⅡR （Replacement/Replenishment ）：卫星间可相互跟踪相互通讯 Block ⅡF（Follow On）：新一代的GPS卫星，增设第三民用频率;Block II R;2、 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：美国科罗拉多州的联合空间中心。;监测站（17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、三个注入站等。;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）;3、 GPS的用户部分;GPS信号接收机;分类 根据用途：导航型接收机、测量型接收机、授时接收机 接收频率：单频率接收机、双频接收机;天线单元;L2的平均相位中心;Trimble5700接收机主要部件;前面板;按钮;数据按钮;手簿、事件标记或电脑;内置电池;南方S86;按钮： 重置按钮 F1按钮 F2按钮 电源按钮;(4) 插卡处 (5)通讯电缆接口，5针孔 (6)外接电源接口，7针孔 (7)充电器接口，4针孔;§3.2 二体问题及卫星无摄轨道参数;1、二体问题下的卫星运动方程;由此，卫星相对地球的运动方程：; 忽略卫星的质量，令 则卫星位置用其坐标分量（x，y，z）表示为：;2、卫星无摄轨道参数;a;3、真近点角的计算;§3.3 GPS卫星信号结构;1、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）;2、测距码;+1;+1;+1;＋1; 测距码生成方法：通过多级反馈移位寄存器产生m序列;寄存器1;2、测距码;C/A码 码率 1.023MHz； 周期 1ms 1周期含码元数 1023 码元宽度 293.05m 调制载波 L1;基准频率 10.23MHz;3、卫星导航电文;3、卫星导航电文;3、卫星导航电文;3、卫星导航电文;3、卫星导航电文;3、卫星导航电文;4、卫星信号的调制;第一步;导航电文调制到测距码上;载波调制的一般方法： 如果调制前载波为 调幅：振幅 A 随调制信号的变化而变化 调频：载波频率f（角频率 ）随调制信号的变化而变化 调相：相位 随调制信号的变化而变化;调频 FM (Frequency Modulation);GPS卫星信号采用二进制调相法;§3.4 GPS卫星位置的计算;1、根据广播星历计算卫星位置;近地点;计算过程 1) 计算卫星运行的平均角速度 2) 计算t 时刻卫星的平近点角 3) 计算偏近点角;4)计算真近点角 5)计算升交距角（未经改正的） 6)计算卫星向径（未经改正的）;7)计算摄动改正项 8)进行摄动改正 9)计算卫星在轨道平面坐标系中的位置;10) 计算升交点经度L 11) 计算卫星在地球坐标系下的坐标;2、根据精密星历计算卫星位置;* 2007 10 13 0 0 0 PG01 -6196.009104 15735.157422 20670.910338 159.022963 PG02 -8812.916751 -20957.564593 13789.324684 143.220951 PG03 5397.898853 15163.975168 -21345.729121 128.749673 PG04 3783.980789 -16452.442749 20348.02440