1、一、GPS系統概述二、GPS系統組成課題二十六、衛星導航系統課題二十六、衛星導航系統 GPS是NAVSTAR global positioning system的簡稱，即導航星全球定位系統。利用多顆高軌道衛星，測量距離和距離變化率來精確測定用戶位置、速度和時間等參數的衛星導航系統。船舶利用GPS接收機進行導航定位，其精度為100米，且使用方便。廣泛應用于遠洋船舶。一、GPS系統概述 主要作用：二維定位及二維測速；或三維定位三維測速等。 優點：全球、全天候、實時、高精度定位。 缺陷：不能在水下定位；受人為因素影響大。二、GPS系統組成 由空間系統（導航衛星）、地面控制系統（地面站）和用戶（導航儀

2、）三部分組成的。 1、導航衛星圖8-12 GPS系統圖組成：21顆工作衛星和3顆備用衛星。軌道：6條圓形軌道，每條軌道上均勻分布4顆衛星。軌道高度20183 km，軌道與天赤道交角為55。衛星繞地球飛行一周需要約12h（約合720 min）。 在地球上任何地點、任何時刻都可以至少看到5顆衛星（最多11顆），其中至少有4顆衛星仰角大于7.5。 在地球上觀測每顆衛星的時間約為1h，衛星每天通過地球上同一上空的時間約提前4 min。 衛星作用：接收來自地面站的信息（此信息包括衛星編號、衛星星歷、環境情況、時間飄移量、電離層延遲改正等），向用戶發送導航電文（導航信息）。導航電文發射：頻率L1=1575

3、.42MHz，L2=1227.60MHz。 以連續編碼脈沖信號的形式發射，編碼信號為二進制偽隨機噪聲碼，分為CA碼（CA-clear acquisition）和P碼（P-precision）兩種。 GPS時間：GPS衛星時間系統采用的時間基準，以主控站的高精度原子鐘作為時間基準。 GPS衛星：每顆重約845kg，圓柱形，直徑約1.5m，工作壽命約為57年。 2、地面站 GPS的地面站分為主控站、監測站（跟蹤站）、注入站。（1）主控站 一個，美國科羅拉多州的斯普林斯綜合航天中心， 作用：控制所有地面站的工作；產生GPS的標準時間信號；編制衛星星歷、軌道參數、電離層延時改正、更新衛星等。 （2）監

4、測站 有5個，科羅拉多的斯普林斯、太平洋的夏威夷、馬紹爾群島的夸賈林島、印度洋的迪戈加西亞島、南大西洋的阿森松島。 作用：跟蹤每一顆衛星，收集衛星數據，送到主控站。 （3）注入站 4個，美國的科得角、南大西洋的阿森松島、太平洋的夸賈林島和印度洋的迪戈加西亞島。作用：每隔8小時向每顆衛星注入一次新的導航信息。GPS導航儀按其功能分為Z型導航儀、Y型導航儀和X型導航儀。Z型，只能接收CA碼信號，適用于速度較慢的民用船舶。Y型，接收CA碼和P碼信號，適用于航空和軍用船舶。X型，接收CA碼和P碼信號，適用于軍用飛機和船舶。 圖8-13 GPS定位原理圖 1、GPS導航儀組成及作用（1）接收天線 GPS

5、導航儀的接收天線是長約20 cm的圓柱形，是一種有源天線，安裝在主桅一定的高度位置。用于接收GPS衛星發射的信號。（2）本機 本機是一臺GPS導航儀的主體部分，由電路元器件（數據輸入、信號放大處理、解碼、數據測量計算、數據顯示等），數據顯示屏幕和操作鍵盤等組成。主要作用是輸入數據、對接收信號進行放大處理、解碼、測量計算、顯示數據等。（3）電源 GPS的電源部分由變壓器和有關電子器件組成，其作用是將船電轉換為天線和本機各部分所需要的電源。有的型號GPS導航儀的電源部分電子器件，直接安放在本機內。 2、GPS導航儀啟動方式 GPS導航儀開機方式一般分為冷啟動、熱啟動和重新啟動三種。（1）冷啟動定義

6、：一臺導航儀安裝后第一次開機使用，或停機3個月以上（有的導航儀6個月以上）時再次開機，或停機后位置變化100英里以上（有的導航儀位置變化600 n mile以上）時再次開機，稱為冷啟動。方法：導航儀須進行初始化輸入，即需要輸入推算船位經緯度、時間、天線高度、HDOP等數據后，導航儀需要搜索衛星，重新收集歷書，約30 min后，才開始自動定位。冷啟動輸入時間的誤差不應超過15 min（有的導航儀要求不超過1h），輸入船位經緯度的誤差不應超過1（有的導航儀要求不超過10）。若HDOP數值范圍為0099，二維定位（船舶定位）時，一般設定為10。 （2）熱啟動 定義：GPS導航儀關機后，位置變化不超過

7、100英里（有的導航儀不超過600 n mile）時或關機日期不超過3個月（有的導航儀不超過6個月）時，且導航儀內保存有衛星星歷時的啟動稱為導航儀的熱啟動。 方法：不需要向導航儀輸入初始數據。接通電源后，最多不超過20 min就可以自動定位。（3）日常啟動定義：船舶在航行或停泊時，GPS導航儀關機后再啟動，稱為導航儀的日常啟動。方法：不需初始化輸入。是GPS導航儀經常的開機方式，開機后馬上就可以自動定位。3、GPS導航儀主要功能（1）船位計算和顯示功能每隔3s5s更新一次船位，顯示的船位分為GPS船位和DR（dead reckoning）船位。當設定的HDOP定位的HDOP時，顯示GPS船位。（2）導航功能 計算顯示航向、航速；具有偏航報警和到達報警的音響和圖示；計算顯示風流壓差；標繪航跡和航路點。（3）航線設計功能 可輸入存儲10條以上航線（route），每條航線可以設定10航路點（waypiont）。計算顯示到某一航路點的航向、距離、到達時間等。 （4）存儲導航信息 可以存儲10個以上重要航路點（event），計算航程等。（5）顯示和預報衛星的有關信息 顯示用于定位的衛星編號（SANO）、仰角（ELV）、方位角（AZL）、HDOP、信噪比（S/N）等。可以預報未來衛星升出地平線的時間，編號、仰角、方位角等信息。4、GP-500型導航儀的操作使用 G