GPS卫星导航信号 第四章20171129.pptx

第四章 GPS卫星导航信号;1 GPS系统的组成; 空间星座部分 ——GPS卫星星座 地面监控部分——地面监控系统 用户部分 ——GPS 接收机和用户;一个主控站：科罗拉多?斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion) 迭哥?伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii);;;主控站;;监控站;监控站;地面监测站; 注入站设有3.66m抛物面天线，1台C波段发射机和一台电子计算机。 其主要作用是将主控站需传输给卫星的资料以既定的方式注入到卫星存储器中，供卫星向用户发送。 注入站是无人值守的工作站，整个地面监控部分，除主控站外均无人值守。;注入站作用;地面监控系统工作流程 ;GPS卫星星座 ;GPS卫星运行轨道;GPS卫星的主要作用： 在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）发送到卫星的导航电文和其他信号； 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，修正其在轨运行偏差及启用备用时钟等； 用L波段两个无线载波(19cm波段和20cm波段)连续不断的向广大用户发送导航定位信息，并用导航电文的形式提供卫星自身的现势位置与其他在轨卫星的概略位置，以便用户接收使用。 ;GPS卫星 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 类型 试验卫星：Block Ⅰ 工作卫星：Block Ⅱ 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，SV35和SV36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 ;GPS卫星最根本的作用就是向用户发送用户所需要的信号和电文。既然如此，对卫星的寿命长短和时间的精确度就必须高度重视。GPS工作卫星的设计寿命是七年半，但从实验卫星的工作情况来看，使用寿命一般都会超过甚至远远超过设计寿命。 ;GPS 卫星改进;GPS卫星（试验卫星）;GPS卫星（工作卫星BLOCKⅡ,BLOCKⅡA,BLOCKⅡR,BLOCKⅡF）;1.3用户接收部分;;图片：Trimble接收机;图片：徕卡(Leica)接收机;图片： Ashtech 、 JAVAD、 Thales 接收机;图片：大地型GPS接收机;图片：导航型GPS机;图片：GPS与GLONASS兼容的接收机;31;32;33;二、GPS卫星的信号;GPS卫星信号的内容;2.1载波信号;GPS卫星信号的调制;当码的波型为” 1”时，与载波相乘，不会改变载波的相位； 当码的波型为”-1”时，与载波相乘，载波相位改变180度。 当码值(调制信号)从1变成0，或从0变成1时，将使载波相位改变180度。调制以后的卫星信号经由卫发射天线向用户播发 。;载波信号的作用： 携带测距信号和导航电文传送给用户； 在载波相位测量中用作测距信号（其测距精度比伪距测量的精度高2~3数量级）； 精确测定多普勒频移 特点 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层延迟影响（电离层折射延迟与信号的频率有关） 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层延迟 ;作用 测距 性质 为伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise） 特点 确定的编码规则 可复制性 周期性 自相关性 ;产生 若干多级反馈移位寄存器所产生的m序列经复杂处理后形成 包含 C/A码、P（Y）码 测量原理 随机码序列与复制的随机码序列通过平移码元素，相应码元素相互对其 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1 ;有关码的??本概念; 伪随机噪声码又叫伪随机码或者伪噪声码，简称：PRN，是一个具有一定周期的取值0和1的离散符号串。他不仅具有高斯噪声所有的良好的自相关特性，而且具有某种确定的编码规则。具有周期性、易被复制等特性。 GPS信号中使用了伪随机码技术，识别和分离各颗卫星信号，并提供无模糊度的测距数据。 ;m序列伪随机噪声码的自相关特性;2.2.1 C/A码;2.2.2 P码;2.3 导航电文;GPS卫星导航电文是用户用来定位和导航的数据基础。 主要包括： 卫星星历 时钟改正 卫星工作状态信息 电离层延迟修正参数 这些信息按照一定的数据帧格式播发给用户，成为数据码（D码）。 ;导航电文的传播过程;导航电文组成—总结;2.4 GPS星历; GPS星历;预报星历（广播星历）;预报星历;预报星历