1、 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院 GPSGPS原理及其應用課程組原理及其應用課程組GPS全球定位系統全球定位系統原理與應用原理與應用華東師范大學地理信息科學教育部重點實驗室華東師范大學地理信息科學教育部重點實驗室第三章第三章GPS原理及其應用原理及其應用1GPS原理及其應用原理及其應用 第一部分第一部分 GPS簡介簡介 什么是什么是GPS GPS的產生與發展的產生與發展 哪些國家或者地區有衛星導航定位系統哪些國家或者地區有衛星導航定位系統 GPS的特點的特點 GPS的系統組成的系統組成 GPS在各領域中的應用在各領域中的應用2GPS原理及其應用原理及其應用 GPS的英文是的英文是 Glob

2、al Position System其意為其意為“導航星測時與測距全球定位系統導航星測時與測距全球定位系統”，或簡稱全球定，或簡稱全球定位系統。位系統。（一）什么是（一）什么是GPS系統系統 是一種可以授時和測距的空間是一種可以授時和測距的空間交會定點的導航系統交會定點的導航系統,可向全球用可向全球用戶提供戶提供連續、實時、高精度連續、實時、高精度的三的三維維位置位置，三維，三維速度速度和和時間時間信息。信息。3GPS原理及其應用原理及其應用二、二、GPS的產生與發展的產生與發展 19571957年年1010月世界上第一顆人造地球衛星發射成功月世界上第一顆人造地球衛星發射成功 19581958

3、年底，美國海軍武器實驗室，開始著手建年底，美國海軍武器實驗室，開始著手建立為美國海軍艦艇導航的衛星系統，即立為美國海軍艦艇導航的衛星系統，即“海軍海軍導航衛星系統導航衛星系統”（Navy Navigation Satellite Navy Navigation Satellite SystemNNSSSystemNNSS）。）。19641964年建成。年建成。 19671967年美國政府批準該系統解密，提供民用。年美國政府批準該系統解密，提供民用。4GPS原理及其應用原理及其應用二、二、GPS的產生與發展的產生與發展 目的目的 在全球范圍內，提供實時、連續、在全球范圍內，提供實時、連續、全天候

4、的導航定位及授時服務全天候的導航定位及授時服務19731973年美國國防部開始研究建立新一代衛星導航年美國國防部開始研究建立新一代衛星導航系統的計劃，這就是目前所稱的全球定位系統系統的計劃，這就是目前所稱的全球定位系統（GPSGPS）。）。19941994年投入使用，年投入使用，19951995年完全建成。年完全建成。5GPS原理及其應用原理及其應用三、目前擁有定位系統的國家或地區三、目前擁有定位系統的國家或地區2020世紀世紀7070年代中期開始啟動年代中期開始啟動、19821982年年1010月月1212日發射第一顆日發射第一顆GLONASS衛星、衛星、19961996年年1 1月月181

5、8日，完成日，完成2424顆衛星的布局，衛星具備完全工顆衛星的布局，衛星具備完全工作能力）作能力）系統由系統由3030顆高軌道衛星組成，分布在顆高軌道衛星組成，分布在3 3個軌道面上。提供精個軌道面上。提供精確的時間和誤差不超過一米的全球精確定位服務確的時間和誤差不超過一米的全球精確定位服務6GPS原理及其應用原理及其應用有人說過，只有我們想不到的，沒有有人說過，只有我們想不到的，沒有GPSGPS做不到的。做不到的。有人預言，有人預言， GPS GPS將改變我們的生活方式。將改變我們的生活方式。7GPS原理及其應用原理及其應用（五）（五）GPS 的系統組成的系統組成 空間部分空間部分24顆顆G

6、PS衛星組成衛星組成用戶部分用戶部分 GPS接收機接收機控制部分控制部分 1個主控站個主控站 5個監控站個監控站 3個注入站個注入站 注入站注入站 監控站監控站主控站主控站8GPS原理及其應用原理及其應用2424顆衛星顆衛星(21+3)(21+3)6 6個軌道平面個軌道平面5555軌道傾角軌道傾角20200km20200km軌道高度軌道高度( (地面高度地面高度) )1111小時小時5858分分( (恒星時恒星時) )軌道周期軌道周期5 5個多小時出現在地平線以上個多小時出現在地平線以上( (每顆星每顆星) )在全球各處能觀測到高度角在全球各處能觀測到高度角1515的衛星的衛星 4 4 顆以上

7、顆以上GPSGPS衛星星座衛星星座9GPS原理及其應用原理及其應用GPS 地面監控部分地面監控部分控控 制制 部部 分分 1 個個 主主 控控 站站 3 個個 注入站注入站 5 個個 監監 控控 站站10GPS原理及其應用原理及其應用GSPGSP地面控制站地面控制站一個主控站：一個主控站：科羅拉多科羅拉多斯必靈司斯必靈司三個注入站：三個注入站：阿松森阿松森(Ascencion)(Ascencion)大西洋大西洋 迭哥迭哥伽西亞伽西亞(Diego Garcia)(Diego Garcia)印度洋印度洋 卡瓦加蘭卡瓦加蘭(kwajalein)(kwajalein)太平洋太平洋五個監測站五個監測站

8、= 1= 1個主控站個主控站+3+3個注入站個注入站+ +夏威夷夏威夷(Hawaii)(Hawaii)5555H HawaiiawaiiA AscencionscencionDiego Diego GarciaGarciakwajaleikwajalein nColorado Colorado springssprings11GPS原理及其應用原理及其應用 GPS 用戶部分用戶部分12 1. GPS接收機的功能接收機的功能跟蹤、接收、放大、處理衛星信號，測跟蹤、接收、放大、處理衛星信號，測量出信號從衛星到天線的傳播時間。量出信號從衛星到天線的傳播時間。解譯導航電文，實時解算測站三維位置解譯導航

9、電文，實時解算測站三維位置。2. GPS接收機的類型接收機的類型 （2）按信號頻率分：）按信號頻率分： 單頻（單頻（L1） 雙頻（雙頻（L1和和L2）（1）按用途分：）按用途分：導航型導航型授時型授時型測地型測地型GPS原理及其應用原理及其應用GPS在軍事中的應用在軍事中的應用GPS導航的艦載飛彈導航的艦載飛彈 配備配備GPS的士兵的士兵 美國海軍核潛艇美國海軍核潛艇 13（六）（六）GPS在各個領域中的應用在各個領域中的應用GPS原理及其應用原理及其應用GPS在交通運輸業中的應用在交通運輸業中的應用 航運、航空搜索航運、航空搜索 陸路交通（車輛導航、監控）陸路交通（車輛導航、監控） 船舶遠洋

10、導航和進港引水船舶遠洋導航和進港引水14GPS原理及其應用原理及其應用GPS在測量中的應用在測量中的應用 建立和維持全球性的參考框架建立和維持全球性的參考框架15GPS原理及其應用原理及其應用GPS在測量中的應用在測量中的應用 板塊運動和監測板塊運動和監測16GPS原理及其應用原理及其應用GPS在測量中的應用在測量中的應用 建立各級國家平面控制網建立各級國家平面控制網17GPS原理及其應用原理及其應用GPS在測量中的應用在測量中的應用市話網市話網市話網市話網市話網深圳市連續運行衛星定位導航服務系統結構及通信網絡示意圖深圳市連續運行衛星定位導航服務系統結構及通信網絡示意圖市電信局監控分析中心衛星

11、定位信號發射臺FM電臺基準站1基準站2基準站3基準站4基準站5進入移動電話系統用戶用戶全向天線定向天線Modem 布設城市控制網、工程測量控制網，進行各布設城市控制網、工程測量控制網，進行各種工程測量種工程測量18GPS原理及其應用原理及其應用GPS在測量中的應用在測量中的應用 在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應用應用19GPS原理及其應用原理及其應用GPS在其他領域中的應用在其他領域中的應用 精細農業精細農業 遙感遙感 衛星定軌衛星定軌 資源勘探資源勘探 個人旅游及野外探險個人旅游及野外探險 電力、廣播、電視、通訊等網絡的時間同步、電力、廣播、電視

12、、通訊等網絡的時間同步、時間傳遞時間傳遞 .20GPS原理及其應用原理及其應用天球坐標系天球坐標系地球坐標系地球坐標系GPSGPS坐標系統坐標系統時間系統時間系統 第二部分第二部分 坐標系統和時間系統坐標系統和時間系統21GPS原理及其應用原理及其應用（一）天球坐標系（一）天球坐標系22GPS原理及其應用原理及其應用v坐標原點坐標原點坐標系統建立的三要素坐標系統建立的三要素A (B,L,H )BLH0起 始 子 午 面赤 道 z y x A(X,Y,Z) Z Y X O 起始子午面起始子午面 赤道赤道 v坐標軸指向坐標軸指向v表示坐標的參數表示坐標的參數 天球坐標系是以天球及天球上的點線天球坐

13、標系是以天球及天球上的點線圈為基礎所建立的坐標系圈為基礎所建立的坐標系23GPS原理及其應用原理及其應用1.1.直角坐標系的定義直角坐標系的定義 原點原點O O與地球質心重合，與地球質心重合，Z Z軸指向地球北極，軸指向地球北極，X X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點，軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點，Y Y軸在赤道平面里與軸在赤道平面里與XOZXOZ構成右手坐標系。構成右手坐標系。（二）（二） 地球坐標系地球坐標系圖圖2-2 直角坐標系和大地坐標系直角坐標系和大地坐標系2.2.大地坐標系的定義大地坐標系的定義地球橢球的中心與地球質心重地球橢球的中心與地球質心重合橢球的短軸與地球自

14、轉軸重合橢球的短軸與地球自轉軸重合?？臻g點位置在該坐標系中合?？臻g點位置在該坐標系中表述為（表述為（L L，B B，H H）。）。 地球直角坐標系和地球大地球直角坐標系和地球大地坐標系可用圖地坐標系可用圖2-22-2表示：表示：24GPS原理及其應用原理及其應用vWGS-84WGS-84坐標系坐標系（三）（三） GPS GPS坐標系坐標系v國際地球參考框架國際地球參考框架(ITRF)(ITRF)v北京北京5454舊坐標系舊坐標系v西安西安8080坐標系坐標系25GPS原理及其應用原理及其應用 WGS-84WGS-84橢球及其有關常數橢球及其有關常數：WGS-84WGS-84采用的橢球是采用的橢

15、球是國際大地測量與地球物理聯合會第國際大地測量與地球物理聯合會第1717屆大會大地測屆大會大地測量常數推薦值，其量常數推薦值，其四個基本參數四個基本參數 WGS-84WGS-84坐標系坐標系 WGS-84WGS-84的定義的定義：WGS-84WGS-84是修正是修正NSWC9Z-2NSWC9Z-2參考系參考系的原點和尺度變化，并旋轉其參考子午面與的原點和尺度變化，并旋轉其參考子午面與BIHBIH定義定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系。的零度子午面一致而得到的一個新參考系。 WGS-84 WGS-84坐標系的坐標系的原點原點在地球質心，在地球質心，Z Z軸軸指向指向BIH1984.0BIH

16、1984.0定義的協定地球極（定義的協定地球極（CTPCTP）方向，）方向，X X軸軸指向指向BIH1984.0BIH1984.0的零度子午面和的零度子午面和CTPCTP赤道的交點，赤道的交點，Y Y軸軸和和Z Z、X X軸構成右手坐標系。它是一個地固坐標系。軸構成右手坐標系。它是一個地固坐標系。 26GPS原理及其應用原理及其應用長半徑：長半徑： a=6378137 a=63781372 2（m m）；）；地球引力常數：地球引力常數： GM=3986005 GM=3986005108m3s-2108m3s-20.60.6108m3s-2108m3s-2；正常化二階帶諧系數：正?；A帶諧系數

17、： C20= -484.16685 C20= -484.1668510-610-61.31.310-910-9； J2=108263 J2=10826310-810-8 地球自轉角速度：地球自轉角速度： =7292115=729211510-11rads-110-11rads-10.1500.15010-11rads-110-11rads-127GPS原理及其應用原理及其應用國際地球參考架國際地球參考架 （ITRFITRF）國際地球參考架國際地球參考架 (ITRF) (ITRF)是是IERS IERS (International Earth Rotation (International E

18、arth Rotation Service)Service)制定，由全球數百個制定，由全球數百個SLRSLR、VLBIVLBI和和GPSGPS站所構成站所構成IGSIGS精密星歷精密星歷 Z Z軸指向軸指向CIO CIO ，利用，利用SLRSLR、VLBIVLBI和和GPSGPS等等 技術維持技術維持. . 提供站坐標及速度場信息提供站坐標及速度場信息28GPS原理及其應用原理及其應用（1 1）橢球參數有較大誤差。）橢球參數有較大誤差。19541954年北京坐標系（年北京坐標系（BJ54BJ54） 坐標原點：前蘇聯的普爾科沃。坐標原點：前蘇聯的普爾科沃。 參考橢球：克拉索夫斯基橢球。參考橢球：

19、克拉索夫斯基橢球。 平差方法：分區分期局部平差。平差方法：分區分期局部平差。 存在的問題：存在的問題：29（2 2）參考橢球面與我國大地水準面存在著自西）參考橢球面與我國大地水準面存在著自西 向東明顯的系統性傾斜。向東明顯的系統性傾斜。（4 4）定向不明確。）定向不明確。（3 3）幾何大地測量和物理大地測量應用的參考）幾何大地測量和物理大地測量應用的參考 面不統一面不統一。GPS原理及其應用原理及其應用坐標原點：陜西省涇陽縣永樂鎮。坐標原點：陜西省涇陽縣永樂鎮。參考橢球：參考橢球：19751975年國際橢球。年國際橢球。19801980年國家大地坐標系（年國家大地坐標系（GDZ80GDZ80）

20、平差方法：天文大地網整體平差。平差方法：天文大地網整體平差。特點：特點：（1 1）采用）采用19751975年國際橢球。年國際橢球。30（2 2）參心大地坐標系是在）參心大地坐標系是在19541954年北京坐標系基礎上建立起來的。年北京坐標系基礎上建立起來的。（3 3）橢球面同似大地水準面在我國境內最為密合，是多點定位。）橢球面同似大地水準面在我國境內最為密合，是多點定位。（4 4）定向明確。）定向明確。（5 5）大地原點地處我國中部。）大地原點地處我國中部。（6 6）大地高程基準采用）大地高程基準采用19561956年黃海高程。年黃海高程。GPS原理及其應用原理及其應用（四）（四） 時間系統

21、時間系統沙瓶沙瓶 - Sandglass31GPS原理及其應用原理及其應用v 世界時（世界時（UTUT）：格林尼治零子午線處的民用時稱為世界時。）：格林尼治零子午線處的民用時稱為世界時。時間系統的分類時間系統的分類v 力學時（力學時（DTDT）：根據天體動力學理論而來。）：根據天體動力學理論而來。v 原子時（原子時（ATAT）：從）：從19581958年年1 1月月1 1日世界的零時開始啟用。日世界的零時開始啟用。 v GPSGPS時（時（GPSTGPST）：由）：由GPSGPS星載原子鐘和地面監控站原子鐘組成星載原子鐘和地面監控站原子鐘組成32v 協調時（協調時（UTCUTC）：將原子時的秒

22、長和世界時的時刻結合。）：將原子時的秒長和世界時的時刻結合。 GPS原理及其應用原理及其應用 第三部分第三部分衛星運動基礎及衛星運動基礎及GPS衛星星歷衛星星歷 u 概述概述u 衛星的無攝運動衛星的無攝運動u 衛星的受攝運動衛星的受攝運動u GPS衛星星歷衛星星歷33GPS原理及其應用原理及其應用 軌道軌道：衛星在空間運行的軌跡。：衛星在空間運行的軌跡。 軌道參數軌道參數：描述衛星位置及狀態的參數；軌道參數：描述衛星位置及狀態的參數；軌道參數 取決于衛星所受到的各種力的作用。取決于衛星所受到的各種力的作用。3.1 概概 述述一、衛星在空間的瞬時位置一、衛星在空間的瞬時位置34GPS原理及其應用

23、原理及其應用 衛星的受力情況：衛星的受力情況：地球的引力地球的引力 日月引力日月引力 潮汐力潮汐力 大氣阻力大氣阻力 光壓力光壓力 均質球體引力均質球體引力非均勻球形部分引力非均勻球形部分引力第一類力第一類力：地球的質心引力：地球的質心引力中心引力中心引力第二類力第二類力：攝動力：攝動力非中心引力，包括地球引非中心引力，包括地球引 力場攝動力（地球非球形對稱引起）、力場攝動力（地球非球形對稱引起）、 日月引力、大氣阻力、太陽光壓、地球日月引力、大氣阻力、太陽光壓、地球 潮汐力等。潮汐力等。35GPS原理及其應用原理及其應用無攝運動無攝運動（二體問題）：僅考慮（二體問題）：僅考慮地球的質心引力地

24、球的質心引力 研究衛星相對于地球的運動。在天體力研究衛星相對于地球的運動。在天體力 學中，稱之為學中，稱之為二體問題二體問題。無攝軌道無攝軌道：理想的衛星軌道。：理想的衛星軌道。受攝運動受攝運動：在考慮第一類力（：在考慮第一類力（中心引力中心引力）的同時）的同時 也考慮第二類力（也考慮第二類力（攝動力攝動力）的影響來）的影響來 研究地球的運動。研究地球的運動。受攝軌道受攝軌道：在受攝運動下所運行的軌跡。：在受攝運動下所運行的軌跡。 二、衛星的運動二、衛星的運動返回返回36GPS原理及其應用原理及其應用 衛星圍繞著地球運行，作衛星圍繞著地球運行，作二體問題二體問題研究，必須滿研究，必須滿足以下條

25、件：足以下條件： 必須在必須在慣性系慣性系下考慮問題。下考慮問題。 衛星作為衛星作為質點質點。衛星的體積小，與其到地球的。衛星的體積小，與其到地球的 距離相比，可忽略不計，即距離相比，可忽略不計，即衛星可作為質點計衛星可作為質點計。 地球作為地球作為質點質點。地球可分成均質地球和非均質。地球可分成均質地球和非均質 地球兩部分。均質地球對外部點的引力等于球地球兩部分。均質地球對外部點的引力等于球 心質點的引力。因此，如果把非均質地球的引心質點的引力。因此，如果把非均質地球的引 力作為攝動力的話，力作為攝動力的話，均質地球可作為一個質點均質地球可作為一個質點。3.2 衛星的無攝運動衛星的無攝運動3

26、7GPS原理及其應用原理及其應用 目的意義目的意義均質球體引力均質球體引力決定著衛星運動的決定著衛星運動的主要規律主要規律和和 特征特征，它是，它是衛星運動的近似描述衛星運動的近似描述；二體問題是二體問題是惟一惟一能得到能得到嚴密解嚴密解的問題，而的問題，而多多 體問題體問題還還不能不能得到嚴密解；得到嚴密解；二體問題是二體問題是精確研究衛星運動的基礎精確研究衛星運動的基礎。 38GPS原理及其應用原理及其應用3.3 衛星的受攝運動衛星的受攝運動攝動力對攝動力對GPS 定位的影響定位的影響39GPS原理及其應用原理及其應用衛星在攝動力的作用下，會產生攝動改正。衛星在攝動力的作用下，會產生攝動改

27、正。 a， e， ， i， ， V（M）dtda，dtde，dtd，dtdi，dtd，dtdM （為六參數的變化率）（為六參數的變化率） t0時刻：（時刻：（a0，e0，0，i0，0， M0）均已知）均已知t時刻：（時刻：（a，e，i， M）待求。）待求。 t=t- t0a=a=dtdat t a= a0+a 在受攝力的作用下，在受攝力的作用下，軌道參數軌道參數是時間的一個是時間的一個變量函數變量函數。在二體問題下，。在二體問題下，加上各項攝動改正加上各項攝動改正，就可得到任一時刻比較精確的軌道參數。就可得到任一時刻比較精確的軌道參數。 返回返回40GPS原理及其應用原理及其應用3.4 GPS

28、衛星星歷衛星星歷GPS衛星星歷：描述衛星運動軌道的信息（一組對衛星星歷：描述衛星運動軌道的信息（一組對 應某一時刻的軌道參數及其變化率）。應某一時刻的軌道參數及其變化率）。一、預報星歷一、預報星歷預報星歷預報星歷：通過衛星發射的：通過衛星發射的含有軌道信息含有軌道信息的導航電的導航電 文傳遞給用戶的，用戶接收機接收到這文傳遞給用戶的，用戶接收機接收到這 些信號，經過解碼器便可獲得所需要的些信號，經過解碼器便可獲得所需要的 衛星星歷衛星星歷（通常包括相對（通常包括相對某一參考歷元某一參考歷元 的的開普勒軌道參數開普勒軌道參數和必要的和必要的軌道攝動改軌道攝動改 正項參數正項參數，它是根據監測站約

29、一周的觀，它是根據監測站約一周的觀 測資料推算的）。測資料推算的）。41GPS原理及其應用原理及其應用優點優點：實時。：實時。缺點缺點：精度較低，一般約：精度較低，一般約20-40m.預報星歷的內容包括：預報星歷的內容包括： 參考歷元瞬間的參考歷元瞬間的開普勒開普勒6個參數個參數， 反映反映攝動力影響的攝動力影響的9個參數個參數， 以及以及參考時刻參考時刻和和星歷數據齡期星歷數據齡期， 共計共計17個星歷參數。個星歷參數。42GPS原理及其應用原理及其應用年年11月月9日日 2時時0秒秒199743GPS原理及其應用原理及其應用二、后處理星歷二、后處理星歷后處理星歷：根據后處理星歷：根據地面跟

30、蹤站地面跟蹤站所獲得的所獲得的精密觀測資精密觀測資 料計算料計算而得到的星歷，是一種不包含而得到的星歷，是一種不包含 外推誤差的外推誤差的實測星歷實測星歷。監測站監測站如：在我國領土內，有一些高精如：在我國領土內，有一些高精 度坐標的地面控制點，用地度坐標的地面控制點，用地 面點交會出面點交會出t時刻衛星的精確時刻衛星的精確 位置。這種星歷不是通過位置。這種星歷不是通過GPS 衛星的導航電文向用戶傳遞，衛星的導航電文向用戶傳遞， 而是利用磁帶或通過電視、而是利用磁帶或通過電視、電電 傳、衛星通訊等方式有償的傳、衛星通訊等方式有償的為為 所需要的用戶服務。所需要的用戶服務。 44GPS原理及其應

31、用原理及其應用優點：優點： 軌道參數非常準確，也稱精密星歷。軌道參數非常準確，也稱精密星歷。缺點：缺點： 不能做到實時。不能做到實時。后處理星歷的編制和傳送過程：后處理星歷的編制和傳送過程：建立衛星跟蹤系統，隨時監測衛星運動狀態建立衛星跟蹤系統，隨時監測衛星運動狀態計算衛星星歷計算衛星星歷用磁帶或通過電視、電傳、衛星通訊等方式，用磁帶或通過電視、電傳、衛星通訊等方式，向用戶提供以往觀測時刻的星歷。向用戶提供以往觀測時刻的星歷。45GPS原理及其應用原理及其應用第四部分第四部分 GPS衛星的導航電文和衛星信號衛星的導航電文和衛星信號 4.1 GPS4.1 GPS衛星導航電文衛星導航電文4.2 G

32、PS4.2 GPS衛星信號衛星信號4.3 GPS4.3 GPS接收機基本工作原理接收機基本工作原理46GPS原理及其應用原理及其應用4.1 GPS4.1 GPS衛星的導航電文衛星的導航電文GPSGPS衛星的導航電文（簡稱衛星衛星的導航電文（簡稱衛星電文又叫數據碼（電文又叫數據碼（D D碼）：碼）：是用戶用來定位和導航的數是用戶用來定位和導航的數據基礎。它主要包括：衛星據基礎。它主要包括：衛星星歷、時鐘改正、電離層時星歷、時鐘改正、電離層時延碼轉換到捕獲延碼轉換到捕獲P P碼的信息。碼的信息。 它的基本單位是長它的基本單位是長1500bit1500bit的的一個主幀（如圖一個主幀（如圖4-14-

33、1所示），所示），傳輸速率是傳輸速率是50bit/s,3050bit/s,30秒鐘秒鐘傳送完畢一個主幀。一個主傳送完畢一個主幀。一個主幀包括幀包括5 5個子幀，第個子幀，第1 1、2 2、3 3子幀每子幀每3030秒鐘重復一次，內秒鐘重復一次，內容每小時更新一次。第容每小時更新一次。第4 4、5 5子幀的全部信息則需要子幀的全部信息則需要750750秒秒鐘才能夠傳送完。即第鐘才能夠傳送完。即第4 4、5 5子幀是子幀是12.512.5分鐘播完一次，分鐘播完一次，然后再重復之，其內容僅在然后再重復之，其內容僅在衛星注入新的導航數據后才衛星注入新的導航數據后才得以更新。得以更新。 47GPS原理及

34、其應用原理及其應用4.1.14.1.1遙測碼（遙測碼（TLWTLW，即，即Telemetry WordTelemetry Word）遙測碼位于各子幀的開頭遙測碼位于各子幀的開頭，它用來表明衛星注入，它用來表明衛星注入數據的狀態，以次指示用戶是否選用該顆衛星數據的狀態，以次指示用戶是否選用該顆衛星。4.1.24.1.2轉換碼（轉換碼（HOW,HOW,即即Hand Over WordHand Over Word）轉換碼位于轉換碼位于每個子幀的第二個字碼每個子幀的第二個字碼，其作用是提，其作用是提供幫助用戶從所捕獲的供幫助用戶從所捕獲的C/AC/A碼轉換到捕獲碼轉換到捕獲P P碼的碼的Z Z計數，它

35、表示從每星期天零時到星期六計數，它表示從每星期天零時到星期六2424小時小時，P P碼子碼碼子碼X1X1的周期（的周期（1.51.5秒）重復數。秒）重復數。48GPS原理及其應用原理及其應用4.1.34.1.3第一數據塊第一數據塊 WNWN衛星時間計數器衛星時間計數器 調制碼標識調制碼標識 URAURA衛星測距精度衛星測距精度 表示導航數據是否正常表示導航數據是否正常 T TGDGD電離層延遲改正參數電離層延遲改正參數 AODCAODC時鐘數據齡期時鐘數據齡期 toctoc衛星時鐘參數對應的參考時刻衛星時鐘參數對應的參考時刻 衛星鐘改正參數衛星鐘改正參數49GPS原理及其應用原理及其應用4.1

36、.4 4.1.4 第二數據塊第二數據塊包含第包含第2 2和第和第3 3子幀，其內容表示子幀，其內容表示GPSGPS衛星衛星的星歷，這些數據為用戶提供了有關的星歷，這些數據為用戶提供了有關計算衛星運動位置的信息。描述衛星計算衛星運動位置的信息。描述衛星的運行及其軌道的參數包括下列三類的運行及其軌道的參數包括下列三類。（如圖。（如圖4-24-2所示）所示）1.1.開普勒六參數開普勒六參數這這6 6個參數為：個參數為： ，e,i0,0e,i0,0，M M0 0 2.2.軌道攝動九參數軌道攝動九參數這這9 9個參數為：個參數為：nn， , , ，Cuc,Cus,Crc,Crs,Cic,CisCuc,C

37、us,Crc,Crs,Cic,Cis（其含義同（其含義同 3.43.4）3.3.時間二參數時間二參數(1)(1)從星期日子夜零點開始度量的星歷參從星期日子夜零點開始度量的星歷參考時刻考時刻toetoe；(2)(2)星歷表的數據齡期星歷表的數據齡期AODEAODE，有，有: :AODEAODEtoe-t1toe-t1式中式中t1t1為作預報星歷測量的最后觀測時間為作預報星歷測量的最后觀測時間，因此，因此AODEAODE就是預報星歷的外推時間就是預報星歷的外推時間長度。長度。a50GPS原理及其應用原理及其應用4.1.5 4.1.5 第三數據塊（歷書數據）第三數據塊（歷書數據） 1-241-24顆

38、衛星的歷書（概略星歷）顆衛星的歷書（概略星歷） 衛星健康狀況和衛星健康狀況和GPSGPS星期編號星期編號 識別符識別符 25-3225-32顆衛星的歷書顆衛星的歷書 反電子欺騙的特征符反電子欺騙的特征符 電離層延時改正模型電離層延時改正模型51GPS原理及其應用原理及其應用Global Positioning System524.2 GPS衛星信號衛星信號一、概述一、概述1、GPS是一種無線電導航系統是一種無線電導航系統 觀測量是時間延遲或載波變化周數觀測量是時間延遲或載波變化周數 GPS信號包含三種成分：數據碼（信號包含三種成分：數據碼（D碼）、測距碼（碼）、測距碼（C/A碼和碼和P碼）、載

39、波信號（碼）、載波信號（L1和和L2）GPS原理及其應用原理及其應用Global Positioning System532、GPS信號應滿足的要求信號應滿足的要求 GPS衛星廣播信號能實現保密通訊，提高抗干衛星廣播信號能實現保密通訊，提高抗干擾能力擾能力 能對各衛星發射的信號進行區分選擇能對各衛星發射的信號進行區分選擇 實現精密定位和實時導航實現精密定位和實時導航GPS原理及其應用原理及其應用Global Positioning System54二、二、 C/A碼與碼與P碼碼 測距碼是用于測定衛星至接收機間的距離的二進制碼測距碼是用于測定衛星至接收機間的距離的二進制碼。 GPS衛星采用兩種測距碼，即衛星采用兩種測距碼，即C/A碼和碼和P碼，它們均碼，它們均屬于偽隨機碼。屬于偽隨機碼。 C/A碼也稱粗碼，碼也稱粗碼，P碼也稱精碼。各衛星所采用的測碼也稱精碼。各衛星所采用的測距碼互不相同且互相正交距碼互不相同且互相正交GPS原理及其應用原理及其應用Global Positioning System551、C/A碼碼定義定義：用于分址、搜捕衛星信號和粗測距，是具有一定抗干擾能力用于分址、搜捕衛星信號和粗測距，是具有一定