GPS系统的组成与GPS信号

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1、GPS测量定位技术第三章GPS系统的组成与GPS信号学习目标第一节GPS定位系统的组成第二节卫星的运行及其轨道第三节卫星的星历与卫星位置计算第四节GPS卫星信号第五节GPS信号的接收本章小结思考题与习题GPS测量定位技术第三章GPS系统的组成与GPS信号学习目标·了解GPS信号的结构，测距码是怎样产生的，导航电文的内容，天线的作用与分类。·理解监控系统的作用，投入的可用GPS卫星状况，用户接收机的用途，卫星的运动及其轨道。·掌握GPS定位系统的组成共三部分：①地面监控部分。②空间卫星部分。③用户接收部分。卫星的星历，卫星信号的内容、结构及传播。GPS测量定位技术第一

2、节GPS定位系统的组成GPS定位系统包括三大部分：（1）地面监控部分；（2）空间卫星部分；（3）用户接收部分。以下分别介绍它们的作用、工作原理和工作状况。一、地面监控部分（一）地面监控站的分布地面监控站在GPS定位系统试验阶段和工作阶段有所不同。试验卫星的地面监控站由设在范登堡空军基地的一个主控站、一个注入站和一个监测站及其它地方的四个检测部分组成。GPS测量定位技术（一）地面监控站的分布图3-1GPS卫星地面监控站的分布GPS测量定位技术（一）地面监控站的分布GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站,三个注入站和五个监测站组成。其分布情况是：主控站设在美国本土科罗

3、拉多·斯平士（ColoradoSpings）的联合空间执行中心CSOC（即ConsolidatedSpaceOperationCenter）；三个注入站分别设在大西洋的阿森松（Ascension），印度洋的狄哥.伽西亚（DiegoGarcia）和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein)三个美国空军基地上；五个监测站，除一个单独在夏威夷外，其余四个都分设在主控站和注入站上。GPS测量定位技术（二）监控系统的作用1.主控站的作用主控站拥有以大型电子计算机为主体的数据收集、计算、传播等设备，其主要作用如下：1）收集数据收集各监测站获得监测的伪距和伪距差观测值、卫星时钟和工作

4、状态数据、气象、监测站自身状态以及参考星历等数据。2）数据处理根据所收集的前述数据计算各卫星的星历、时钟改正、卫星状态、大气传播改正等，具体地就是卫星位置和速度的六个轨道根数的摄动，每个卫星的三个太阳压力常数，卫星的时钟偏差、漂移和漂移率，各个监测站的时钟偏差、对流层残余偏差及极移偏差等状态数据。并将这些数据按一定格式编制成导航电文，并将导航电文及时传送给注入站。GPS测量定位技术1.主控站的作用3）监测与协调主控站一方面承担控制和协调各监控站与注入站的工作，另一方面还要监测整个地面监控系统是否正常，检验注入卫星的电文是否正确，监控卫星是否按预定状态将电文发送给用户

5、。4）控制卫星修正卫星的运行轨道，调用备用卫星去接替失效卫星的工作。2.监控站的作用监控站是无人值守的数据自动采集中心，其位置经精密测定。主要设备包括1台双频接收机、一台高精度原子钟、一台电子计算机和若干台环境数据传感器。监控站根据其接收到的卫星扩频信号求出相对于其原子钟的伪距和伪距差，检测出所测卫星的导航定位数据。利用环境传感器测出当地的气象数据。然后将算得的伪距、导航数据、气象数据及卫星状态数据传送给主控站，为主控站编算导航电文提供可靠的数据。GPS测量定位技术3.注入站的作用注入站是无人值守的工作站，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。

6、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。地面监控系统的工作程序方框图如右图所示。图3-2监控系统工作程序GPS测量定位技术一、地面监控部分地面监控部分的工作程序为：由监测站连续接收GPS卫星信号，不断积累测距数据（伪距和伪距差），并将这些测距数据以及气象数据、卫星状态数据等发送到主控站；再由主控站对测距数据进行包括电离层、对流层、相对论效应、天线相位中心的偏移及地球自转和时标改正等的传播时延改正。并用卡尔曼数学滤波器进行连续数据平滑处理及最小二乘与多项式拟合，以提供卫星的位置和速度的六个轨道根数的摄动，每个卫星的三个太

7、阳压力常数，卫星的时钟偏差，漂移和漂移率，各监测站的时钟偏差，对流层残余偏差及三个极移偏差状态数据，并将这些数据编成导航电文传送到注入站。最后由注入站将这些导航电文注入卫星。GPS测量定位技术二、空间卫星部分空间卫星部分是由空间运行的多颗卫星按一定的规则组成的GPS卫星星座。本书第一章第二节已有述及。这里仅就空间卫星的作用和有关情况作些说明。美国发射的GPS卫星。有多种编号方式。比如可以按发射的先后顺序编号，也可以根据所采用不同的伪随机噪声码PRN编号，还可以根据内部距离操作码IRON编号，以及根据美国航空航天局在其序列文件中编的NASA编号和根据卫星发射年代与