运载工具导航1

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1、第三章全球定位系统（GPS）13.1GPS系统组成3.1GPS系统组成GPS系统由地面支持网、空中卫星群和用户设备三个子系统组成。1．地面支持网监控卫星并根据测算结果向卫星提供卫星星历、时间、电离层改正参数、等资料。卫星星历：某一时刻卫星轨道参数及其变化率。2．空中卫星群卫星接收来自地面站的信息，并向用户发射以C/A码和P码调制的、带有时间信息和卫星星历等导航参数的两种载波频率1575.42MHz和1227.60MHz的信号。3．用户设备接收卫星发射的时间信号和卫星轨道信息，求得卫星位置，利用时间信号和伪码

2、相关测量卫星到测者的伪距，并由计算机解算用户位置、速度等参数。23.1GPS系统组成3.1.1地面支持网GPS系统的地面支持网由五个监测站、一个主控站和三个注入站组成。监测站收集卫星及当地气象资料送给主控站。主控站根据这些资料计算卫星轨道等导航信息，然后由注入站每隔8小时向卫星发送一次，更新卫星资料，以便卫星向用户设备转发导航信息。1．主控站主控站一个，设在科罗拉多。主控站除协调和管理所有地面监控系统的工作外，其主要任务是：1）根据本站和其他监测站的所有观测资料推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参

3、数等、并把这些数据传送到注入站。2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟均应与主控站的原子钟同步和测出其间的钟差，并把这些钟差信息编入导航电文送到注入站。3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。4）启用备用卫星以代替失效的工作卫星。33.1GPS系统组成2.监测站五个监测站分别设在夏威夷、科罗拉多、太平洋的卡瓦加兰岛（Kwajalein）、印度洋的迭哥伽西亚岛（DiogoGarcia）、南大西洋的阿松森岛（Ascencion）。监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双

4、频GPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和若干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准，而环境传感器收集有关当地的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理并存储和传送到主控站，用以确定卫星的精密轨道。43.1GPS系统组成3.注入站注入站现有3个，分别设在印度洋的迭哥加西亚、南大西洋的阿松森岛和南太平洋的卡瓦加兰。注入站的主要设备包括一台直径为3.6米的天线、一台发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟

5、差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。整个GPS的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化的通讯系统联系起来，在原子钟和计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度的自动化和标准化。53.1GPS系统组成3.1.2空中卫星群全球定位系统的空间卫星星座部分，由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。工作卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上均匀分布有4颗卫星。卫星轨道面相对于地球赤道面的倾角为55°，各轨道平面升交点的赤经相差60°，在每一轨道平面内各颗卫星之间的

6、升交点角距相差90°，任一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30°，以保证全球均匀覆盖。如图3-1所示。轨道平均高度约为20200千米，卫星运行周期为11小时58分。每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目随时间和地点而异，最少为4颗，最多可达11颗。图3-1GPS星座63.1GPS系统组成GPS卫星在空间的上述配置，保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到４颗卫星，加之卫星信号的传播和接收受天气的影响不大，因此GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统

7、。每颗卫星装有4台高精度原子钟（2台铷钟和2台铯钟），这是卫星的核心设备。它将发射标准频率，为GPS测量提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能是：1)   接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的指令；2)   卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作；3)   通过星载的高精度铯钟和铷钟提供精密的时间标准；4)   向用户发送导航与定位信息；73.1GPS系统组成3.1.3用户设备全球定位系统的空间部分和地面监测部分，是用户应用该系统进行导航和定位的基础，而用户只有通过用户设备（

8、接收机），才能实现应用GPS导航和定位的目的。用户设备的主要任务是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经数据处理而完成导航和定位工作。原理框图如图3-2所示。：天线单元：接收天线，前置放大器，频率变换器。接收单元：信号波道，微处理器，频率合成器，存储器，接口，电源，显示器。图3-2接收机原理框图83.1GPS系统组成天线接收卫星发射的频率f1=1575.42MHz和f2=1227.60