GPS卫星导航系统的设置

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1、第七节GPS卫星导航系统的设置与工作原理全球定位系统(GLobalPositioningSystem—GPS)又称导航卫星全球定位系统，简称GPS，是—种测距卫星导航系列。GPS利用多颗高轨卫星，测量其距离与距离变化率来精确测之用户位置(三维)、速度(三维)和时间参数。GPS地面站由跟踪站、主控站和注入站三部分组成。地面站跟踪所有的卫星，测量卫星轨道参数和卫星钟的误差，预测修正模型参数，星钟同步和向卫星注入新的信息。(1)跟踪站跟踪站又称监测站，分别设在夏威夷、斯普林斯、阿森松岛、选戈加西亚岛和夸贾林环礁上。跟踪站设置有精确原子钟和GPS接收机，

2、所测伪距每1．5s更新一次。电离层和气象数据每15min平滑一次。它的任务是接收包括环境数据在内的卫星的各种信息，并将测定的信息传送到主控(制)站。(2)主控站主控站设在福尔肯空军基地的联合空间工作中心。主控站从各跟踪站收集跟踪数据，对卫星轨道参数、时间偏差进行评价，并计算出各卫星原子钟的校正参量、卫星历书、卫星星历、系统状态等，再编成导航信息码后，送给注入站。(3)注入站注入站也称地面控制站或称地面天线,分别设在阿森松岛、选戈加西亚岛和夸贾林。注入站将导航信息注入卫星，每天1—2次2．GPS导航卫星网GPS导航星座有21颗工作卫星和3颗备用卫星

3、共计24颗卫星，平均分布在6个轨道上，每个轨道上有4颗卫星。(1)GPS导航卫星轨道高度：20183km左右，高轨轨道。运行周期：约12h(717．88min)。轨道倾角：约55°GPS导航卫星轨道任意轨道型。全球任何地方的观测者，在地平线7.5°以上至少可以看到4颗卫星，在地平线以上至少可以观测到5颗卫星，最多可看到11颗卫星。发射频率：同时发射两种频率。分别为1575．42MHz(L1波段)和1227．60MHz(L2波段)，由导航数据及伪随机噪声码P和CA码调制，L2由导航数据及P码调制；将来有可能用Y码(Y＝P+W)调制(军用)。发射双频

4、L1.L2是为了校正电离层产生的附加延时。(2)GPS导航卫星电文卫星发射的导航信息称为“导航电文”，由L1和L2波段中的两种载波频率播发，并由P码和CA码调制。①P码P码(Precision)码是一种连续、快速、长周期的伪随机二进制序列码，其码率为10．23MHz，码周期为7天。每个周期开始于每星期六格林尼治标准时午夜1200时。这种码具有精确的时间和距离测量能力。每颗卫星的P码码型均不一样，一般P码难于获得。P码由两对12级线性反馈移位寄存器模2和构成。②CA码CA(Clear／Acquisition)码是一种低速，短周期的伪随机二进制序列码

5、，其码率为P码的l/10即1．023MHz，其周期为lms。CA码本身具有的测距精度较低，但它具有协助获得P码能力，这是因为CA码周期短，且码元速率也低，对CA码的匹配锁定比较容易。当CA码锁定之后，通过卫星导航电文的转换字码(HOW)的转换就可以获得P码。P码在7d中，每6s向用户发送一次转换字码(HOW)。CA码由两个10级线性反馈移位寄存器模2和构成。③导航电文导航电文是卫星发射的导航信息。GPS卫星发射的导航电文包括卫星上各有关系统的工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星星历、卫星历书数据、卫星识别标志以及与卫星导航有关的其他信息。

6、④GPS时间GPS卫星导航系统采用的时间基准称为GPS时间。它是以主控站的高精度原子钟作为时间基准的，并规定1980年1月6日UTC时间的零点作为起点，与国际原子时间有19s的固定差值。由于不采用跳秒调整，GPS时间与UTC时间整秒数差值不断地增加。GPS时间与UTC的时间差在卫星电文中播发，给出星期数和星期开始时起算的秒数。⑤CA码与P码技术的优点CA码与P码具有抗干扰、用码分多址识别卫星、伪码(CA码与P码)加密、精确测时和测距等优点。二、GPS卫星导航定位原理GPS是—种测距定位系统，利用测定高轨卫星信号的传播延时(电波在空间传播的时间)和

7、多普勒频移，计算出卫星与用户之间的距离、距离变化率，以精确测定用户位置(三维)、速度(三维)和时间参数。测定出用户到3颗卫星的距离可以得到以卫星为球心，以卫星到用户的距离为半径的三个球面，其交点就是用户的三维空间位置。GPS卫星导航仪接收其视界内一组卫星的导航信号，从中取得卫星星历、时钟校正参量、大气校正参量等数据，并且测量卫星信号的传播延时和多普勒频移。根据卫星星历计算出卫星发射信号时的位置；根据卫星信号的传播延时和光速的乘积计算出卫星与用户的距离；根据卫星信号的传播延时、光速、多普勒频移计算出用户的三维运行速度。若用户时钟无偏差，用户利用3颗

8、卫星可以得到以卫星为球心、以卫星到用户的距离为半径的3个球面，其交点就是用户三维空间位置。然而，一般用户无精确的时钟，需要用第4颗卫星来