GPS卫星导航系统.pptx
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1、第三章 GPS系统与信号 本章内容安排GPSGPS系统组成及各部分的作用系统组成及各部分的作用GPSGPS卫星导航电文卫星导航电文GPSGPS卫星在轨位置计算卫星在轨位置计算GPSGPS技术展望技术展望GPS系统组成及各部分作用地面监控系统地面监控系统卫星卫星用户用户GPS系统组成及各部分作用GPSGPS卫星轨道和星座卫星轨道和星座 GPSGPS系统卫星星座基本参数:系统卫星星座基本参数:卫星数(颗)卫星数(颗)21+321+3轨道数(个)轨道数(个)6 6倾角倾角55轨道平面间距轨道平面间距6060运行周期运行周期11h58min11h58min卫星轨道高度(卫星轨道高度(kmkm)2020
2、020200 GPS卫星星座GPS系统组成及各部分作用GPS卫星24小时的运行轨道图GPS系统组成及各部分作用GPS星座的卫星分布GPS系统组成及各部分作用lGPSGPS卫星作用卫星作用接收、存储导航电文接收、存储导航电文生成并发送用于导航定位的信号生成并发送用于导航定位的信号接受地面指令,进行相应操作接受地面指令,进行相应操作其他特殊用途其他特殊用途l主要设备主要设备太阳能电池板太阳能电池板原子钟(原子钟(2 2台铯钟、台铯钟、2 2台铷钟)台铷钟)信号生成与发射装置信号生成与发射装置 GPS系统组成及各部分作用GPSGPS地面监控系统地面监控系统空间段注入站监测站主控站主控站:主控站:1
3、1个个;监测站:监测站:6 6个个;注入站:注入站:4 4个个;通讯与辅助系统。通讯与辅助系统。GPSGPS系统组成及各部分作用系统组成及各部分作用Kwajalein AtollUS Space CommandHawaiiAscension Is.Diego GarciaCape Canaveral注入站注入站主控站主控站监测站监测站GPS系统组成及各部分作用n主控站主控站 管理、协调地面监控系统各部分的工作,收集各监管理、协调地面监控系统各部分的工作,收集各监测站的数据,编制导航电文,送往注入站将卫星星历注入卫测站的数据,编制导航电文,送往注入站将卫星星历注入卫星,监控卫星状态,向卫星发送控
4、制指星,监控卫星状态,向卫星发送控制指 令;卫星维护与异常令;卫星维护与异常情况的处理。情况的处理。地点:美国科罗拉多州法尔孔空军基地。地点:美国科罗拉多州法尔孔空军基地。n监测站监测站 接收卫星数据,采集气象信息,实时监测卫接收卫星数据,采集气象信息,实时监测卫 星,并星,并将收集到的数据传送给主控站。将收集到的数据传送给主控站。地点:夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿松森群岛地点:夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿松森群岛(大西洋)、迪戈加西亚(印度洋)、卡瓦加兰(太平洋)。(大西洋)、迪戈加西亚(印度洋)、卡瓦加兰(太平洋)。n注入站注入站 将导航电文注入将导航电文注入GPSGPS卫
5、星。卫星。地点:阿松森群岛(大西洋)、迪戈加西亚(印度地点:阿松森群岛(大西洋)、迪戈加西亚(印度 洋)、卡洋)、卡瓦加兰瓦加兰 (太平洋)。(太平洋)。GPS系统组成及各部分作用地面监控系统框图GPS系统组成及各部分作用用户设备用户设备各种型号的各种型号的GPSGPS接收机接收机GPS系统组成及各部分作用接收机分类(用途)接收机分类(用途)车载型车载型用于车辆导航定位;用于车辆导航定位;航海型航海型用于船舶导航定位;用于船舶导航定位;航空型航空型用于飞机导航定位用于飞机导航定位;星载型星载型用于卫星导航定位用于卫星导航定位;测地型测地型用于大地测量。用于大地测量。GPS系统组成及各部分作用接
6、收机分类(载波频率)接收机分类(载波频率)单频接收机:单频接收机只能接收单频接收机:单频接收机只能接收L1L1载波信号,不载波信号,不能消除电离层误差能消除电离层误差;双频接收机:双频接收机可以同时接收双频接收机:双频接收机可以同时接收L1L1、L2L2载波载波信号。利用不同频率对电离层延迟的差别,可以信号。利用不同频率对电离层延迟的差别,可以 消除电离层延迟的影响消除电离层延迟的影响 。单频接收机双频接收机GPS系统组成及各部分作用接收机分类(通道数)接收机分类(通道数)多通道接收机多通道接收机序贯通道接收机序贯通道接收机多路多用通道接收机多路多用通道接收机 内置SiRF第三代20通道高灵敏
7、度接收机GPS系统组成及各部分作用接收机分类(工作原理)接收机分类(工作原理)码相关型接收机:利用码相关技术得到伪距观测码相关型接收机:利用码相关技术得到伪距观测 值;值;平方型接收机:利用载波信号的平方技术去掉调制平方型接收机:利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号,通过相位计测定接信号,来恢复完整的载波信号,通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差,测定伪距观测值;相位差,测定伪距观测值;混合型接收机:综合上述两种接收机的优点,既可混合型接收机:综合上述两种接收机的优点,既可以得到码相位伪距,也可以得到
8、载波相位观测值;以得到码相位伪距,也可以得到载波相位观测值;干涉型接收机:将干涉型接收机:将GPSGPS卫星作为射电源,采用干涉卫星作为射电源,采用干涉测量方法,测定两个测站间距离。测量方法,测定两个测站间距离。GPS系统组成及各部分作用GPSGPS接收机结构接收机结构天线单元:包括接收天线和前置放大器。对天线的天线单元:包括接收天线和前置放大器。对天线的性能要求有:高增益、低噪声系数、大的动态范围性能要求有:高增益、低噪声系数、大的动态范围等;等;接收单元:接收信号并处理,计算需要的信息;接收单元:接收信号并处理,计算需要的信息;通道单元:包括码延迟锁定环(通道单元:包括码延迟锁定环(DLL
9、DLL)和载波相位)和载波相位锁定环(锁定环(PLLPLL););计算和显示单元:根据采集到的信息,计算和显示计算和显示单元:根据采集到的信息,计算和显示三维坐标和速度;三维坐标和速度;存储单元:用于存储输入的各种数据存储单元:用于存储输入的各种数据;电源:提供接收机需要的电能。电源:提供接收机需要的电能。GPS卫星信号 GPS GPS信号包括三种信号分量:信号包括三种信号分量:载波、测距码和数据码载波、测距码和数据码(导航电文导航电文)。时钟频率。时钟频率 f f0 0 =10.23MHz=10.23MHz,利用频率综合器产生所,利用频率综合器产生所需要的频率。需要的频率。GPS信号构成GP
10、S卫星信号载波(载波(L L波段)波段)L1L1载波:载波:,波长,波长 ;L2L2载波:载波:,波长,波长 。载波信号载波信号L1L1上调制有上调制有P P码、码、C/AC/A码及码及D D码;而载码;而载波信号波信号L2L2上只调制上只调制P P码和码和D D码。其信号结构为:码。其信号结构为:GPS卫星信号C/AC/A码码(Coarse/Acquisition CodeCoarse/Acquisition Code)由由MM序列优选对组合码形成的序列优选对组合码形成的GoldGold码(码(G G码)码)码率:码率:1.023MHz1.023MHz;周期:周期:1ms1ms;1 1周期含
11、码元数:周期含码元数:10231023;码元宽度:码元宽度:293.05m293.05m;仅被调制在仅被调制在L1L1上;上;码长很短,可以在一秒钟搜索一千次,所以码长很短,可以在一秒钟搜索一千次,所以C/AC/A码除了用于捕获卫星信号和提供伪距观测量外,码除了用于捕获卫星信号和提供伪距观测量外,还可以过渡到捕获还可以过渡到捕获P P码。码。GPS卫星信号C/A码构成原理图C/A码产生GPS卫星信号P P码(码(Precise CodePrecise Code)由两个伪随机码相乘构成;由两个伪随机码相乘构成;码率:码率:10.23MHz10.23MHz;周期:周期:7 7天;天;1 1周期含码
12、元数:周期含码元数:61871040000006187104000000;码元宽度:码元宽度:29.30m29.30m;被调制在被调制在L1L1和和L2L2上。上。C/A码和P码导航电文(D码)GPS卫星信号电文结构电文结构GPS卫星信号电文内容电文内容GPS卫星信号参 数位 数标度因子LSB有效范围单 位 数据龄期 IODE8轨道半径正弦谐波校正项的幅值 Crs16a2-5米长半轴的平方根值 16a2-43半圆基准时间的平近点角 M032a2-31半圆升交距角余弦谐波校正项的幅值 Cuc16a2-29弧度轨道的偏心率 e322-330.03无量纲升交距角正弦谐波校正项的幅值 Cus16a2-
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