第3章 全球定位系统的组成及信号结构

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1、1GPS原理及其应用主讲：李征航2第3章全球定位系统的组成及信号结构3§3.1GPS坐标和时间系统4GPS坐标和时间系统GPS坐标系统1984年世界大地坐标系（WGS-84–WorldGeodeticSystem）GPS时间系统–GPS时（GPST）秒长：原子时秒长计时方法：GPS周+周内秒数（TOW），每周以周日零时为起点时间起点：1980年1月6日0时（在该时刻与UTC同步）其他特点：无跳秒5§3.2全球定位系统的组成6全球定位系统组成概况7GPS的组成空间部分地面监控部分用户部分GPS8空间部分

2、9GPS的空间部分构成：由GPS卫星所组成的GPS卫星星座GPS设计星座卫星设计数量：21颗工作卫星3颗活动的备用卫星轨道面数量：6平均轨道高度：20200km轨道倾角：55轨道周期：11h58min当前卫星数量：3210GPS设计星座轨道面及卫星配置11GPS卫星的结构及作用用于导航定位的有效载荷原子钟（2台铯钟、2台铷钟）信号生成与发射装置作用接收、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

3、他特殊用途，如通讯、监测核暴等12GPS卫星的类型①试验卫星：BlockⅠ工作卫星：BlockⅡBlockⅡ：存储星历能力为14天，具有SA和AS的能力BlockⅡA（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BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪和通信BlockIIR-M：可发射L2C和M码BlockⅡF（F:FollowOn）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率（1176.45MHz），20

4、10年5月28日，首颗GPSIIF卫星发射成功，8月27日正式投入使用。13GPS卫星的类型②BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR14当前的GPS卫星星座情况(2010-10-15)GPS星座的组成情况1516地面监控部分17GPS地面监控部分的组成主控站：1个监测站：17个注入站：3个通讯与辅助系统18GPS地面监控部分的分布Tahiti塔希提岛Alaska阿拉斯加USNO海军天文台Southfrica南非Bahrain巴林UnitedKi

5、ngdom英国Australia澳大利亚NewZealand新西兰SouthKorea韩国Ecuador厄瓜多尔Argentina阿根廷GPSMonitorStationsNGASite(5)NGASite(6)USAFSite(6)Hawaii夏威夷ColoradoSprings科罗拉多泉城Ascension阿松森岛DiegoGarcia迭戈加西亚CapeCanaveral卡纳维拉尔角Kwajalein卡瓦加兰19主控站地位地面监控系统的行政管理中心和技术中心作用管理、协调地面监控系统各部分的工作收

6、集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站卫星维护与异常情况的处理地点美国科罗拉多州联合空间工作中心20监测站地位无人值守数据自动采集中心作用对GPS卫星进行跟踪观测记录气象数据将上述观测数据传送到主控站地点全球共17个监测站，6个为美国空军的监测站，分别位于：科罗拉多泉城、卡纳维拉尔角、夏威夷、阿松森群岛、迭戈加西亚和卡瓦加兰21注入站地位地面监控系统与卫星进行通讯的设施作用向卫星输入导航电文和其他指令地点迭戈加西亚、阿松森群岛、卡瓦加兰22通讯和辅助系统作用负责地面监控系统各部分间的数据传送提供其

7、他辅助服务组成地面通讯网络海底电缆卫星通讯网络23用户部分24用户部分的组成组成用户接收设备接收设备GPS信号接收机其它仪器设备25GPS接收机的作用和组成作用接收、处理、量测GPS卫星信号，进行定位、测时和授时等工作基本组成单元天线单元接收单元天线单元接收单元26天线单元的组成及类型组成天线前置放大器类型单极天线微带天线锥形（螺旋）天线四丝螺旋天线空间螺旋天线背腔平面盘旋天线27天线相位中心偏差天线平均相位中心相位中心的偏差天线平均相位中心与天线参考点之间的差异相位中心偏移的消除归心改正消去法L2的

8、平均相位中心12L1的平均相位中心r1r2归心改正天线参考点天线平均相位中心消去法28天线高天线高标志至平均相位中心所在平面的垂直距离H’HHH’hR29接收单元接收单元的组成信号通道存储器微处理器输入输出设备电源30§3.3GPS卫星的信号结构31GPS卫星信号的成分32GPS卫星信号的成分①载波可运载调制信号的高频振荡波L1，L2,L5测距码用于测定从卫星至接收机间距离的二进制码C/A码（目前只被调制在L1上），P(Y)码（被分别调制在L1和L