1、第第4 4章章GPSGPS系統組成及信號系統組成及信號本章內容本章內容v 4.1 GPS 4.1 GPS的系統組成的系統組成v 4.2 GPS4.2 GPS的信號結構的信號結構v 4.3 4.3 美國政府美國政府GPSGPS政策政策4.1 4.1 系統組成系統組成v GPS GPS的空間部分的空間部分v GPSGPS的系統組成的系統組成v 用戶設備部分用戶設備部分4.1.1 GPS4.1.1 GPS的系統組成的系統組成GPSGPS系統由系統由空間部分空間部分、地面控制部分地面控制部分和和用用戶設備部分戶設備部分等三部等三部分組成分組成4.1.2 GPS4.1.2 GPS的空間部分的空間部分vG

2、PS衛星星座 6 6個軌道面，平均軌道高度個軌道面，平均軌道高度20200km20200km，軌道傾角，軌道傾角55 55 ，周期，周期11h 11h 58min58min設計星座：設計星座：21+321+3 21 21顆正式的工作衛星顆正式的工作衛星+3+3顆活顆活動的備用衛星動的備用衛星 保證在保證在2424小時，在小時，在高度角高度角1515 以以上，能夠同時觀測到上，能夠同時觀測到4 4至至8 8顆衛星顆衛星當前星座：當前星座：2828顆顆類型類型 試驗衛星：試驗衛星：Block Block 工作衛星：工作衛星：Block Block Block Block Block A Block

3、 A Block R Block R Block F Block F（新一代的新一代的GPSGPS衛星）衛星）v GPS衛星v 作用： 發送用于導航定位的信號 其他特殊用途，如通訊、監測核暴等。 主要設備：原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘）、信號生成與發射裝置v 第一代衛星現已停止工作。v 第二代衛星用于組成GPS工作衛星星座，通常稱為GPS工作衛星。Block A的功能比Block 大大增強，表現在軍事功能和數據存儲容量。Block 只能存儲供45天用的導航電文，而Block A則能夠存儲供180天用的導航電文，以確保在特殊情況下使用GPS衛星。 第三代衛星尚在設計中，以取代第二代衛第三代衛星尚在

4、設計中，以取代第二代衛星，改善全球定位系統。其特點是：可對自己星，改善全球定位系統。其特點是：可對自己進行自主導航；每顆衛星將使用星載處理器，進行自主導航；每顆衛星將使用星載處理器，計算導航參數的修正值，改善導航精度，增強計算導航參數的修正值，改善導航精度，增強自主能力和生存能力。椐報道，該衛星在沒有自主能力和生存能力。椐報道，該衛星在沒有與地面聯系的情況下可以工作與地面聯系的情況下可以工作6 6個月，而其精個月，而其精度可與有地面控制時的精度相當。度可與有地面控制時的精度相當。Block 衛星衛星Block 衛星衛星Block R衛星衛星GPS衛星星座（衛星星座（ =35 ， =90 ）4.

5、1.3 4.1.3 地面監控部分地面監控部分vGPS的地面控制部分（地面監測系統） 組成：主控站（1個）、跟蹤站（5個）和注入站（3個） 作用：監測和控制衛星運行，編算衛星星歷（導航電文），保持系統時間。主控站主控站監控站監控站監控站監控站注入站注入站/監控站監控站注入站注入站/監控站監控站注入站注入站/監控站監控站地面監控系統工作流程地面監控系統工作流程v主控站（1 1個）個）作用： 收集各檢測站的數據，編制導航電文，監控衛星狀態； 通過注入站將衛星星歷注入衛星，向衛星發送控制指令； 衛星維護與異常情況的處理。地點：美國克羅拉多州法爾孔空軍基地。v跟蹤站（跟蹤站（5 5個）個）作用：接收衛星

6、數據，采集氣象信息， 并將所收集到的數據傳送給主控站。地點：夏威夷、主控站及三個注入站。v注入站（注入站（3 3個）個）作用：將導航電文注入GPS衛星。地點：阿松森群島（大西洋）、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋）。4.1.3 4.1.3 用戶設備部分用戶設備部分v用戶設備部分用戶設備部分 - GPS- GPS信號接收機及相關設信號接收機及相關設備備接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的設備多數采用石英鐘GPS接收機:能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的衛星信號接收設備(1) (1) 導航型接收機導航型接收機 此類型接收機主要用于運動載體的導航，它可以實時給出載體的位置和速度。單點實時定位

7、精度較低，一般為25m,有SA影響時為100m。根據應用領域的不同，此類接收機可以進一步分為：1.1.按接收機的用途分類可分為：按接收機的用途分類可分為： 車載型用于車輛導航定位； 航海型用于船舶導航定位； 航空型用于飛機導航定位。由于飛機運行速度快，因此，在航空用的接收機要求能適應高速運動。 星載型用于衛星的導航定位。由于衛星的運動速度高達7公里/秒以上，因此對接收機的要求更高。 (2) (2) 測地型接收機測地型接收機 測地型接收機主要用于精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要采用載波相位觀測值進行相對定位，定位精度高。儀器結構復雜，價格較貴。(3) (3) 授時型接收機授時型接收機 這

8、類接收機主要利用GPS衛星提供的高精度時間標準進行授時，常用于天文臺及無線電通訊中時間同步。2.2.按接收機的載波頻率分類按接收機的載波頻率分類(1) (1) 單頻接收機單頻接收機 單頻接收機只能接收L1載波信號，測定載波相位觀測值進行定位。由于不能有效消除電離層延遲影響，單頻接收機只適用于短基線（Yv方法技術：軌道加繞（長周期，慢變化）技術：星鐘加繞（高頻抖動，短周期，快變化）已于2000年5月1日取消4.3.3 GPS4.3.3 GPS現代化現代化v提高信號質量v在L2上增加C/A碼v增加第三民用頻率L5v增加2個軍用碼：M1，M2v局部關閉思考題思考題1 1、GPSGPS由哪幾部分組成，各部分的功能是什么？由哪幾部分組成，各部分的功能是什么？2 2、GPSGPS信號包括哪些成分？信號包括哪些成分？3 3、什么是偽隨機噪聲碼，它有什么特性？、什么是偽隨機噪聲碼，它有什么特性？4 4、采用測距碼測距，有哪些優點？、采用測距碼測距，有哪些優點？5 5、什么是偽距？、什