GPS-3全球定位系统组成及信号结构解读.ppt

《GPS原理及其应用》 主要内容 全球定位系统的组成 二体问题及卫星轨道参数 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 §3.1 全球定位系统的组成 GPS系统由三部分组成 空间部分 地面控制部分 用户设备部分 主控站（1个） 作用： 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星； 监控卫星状态，向卫星发送控制指令； 卫星维护与异常情况的处理。 地点：美国科罗拉多州的联合空间中心。 监测站（17个） 作用： 接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。 地点： 夏威夷、主控站、三个注入站等。 注入站（3个） 作用： 将导航电文注入GPS卫星。 地点： 阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋） 3、 GPS的用户部分 组成 用户 接收设备 接收设备 GPS信号接收机 其它仪器设备 GPS信号接收机 组成 天线单元 收天线 前置放大器 接收单元 信号通道 存储器 微处理器 输入输出设备 电源 GPS信号接收机 分类 根据用途：导航型接收机、测量型接收机、授时接收机 接收频率：单频率接收机、双频接收机 天线单元 类型： 单极天线 微带天线 锥形（螺旋）天线 背腔平面盘旋天线 天线特性 平均相位中心与几何中心 天线高 – 标志至平均相位中心所在平面的垂直距离 §3.2 二体问题及卫星无摄轨道参数 研究两个质点在万有引力作用下的相对运动问题，在天体力学中称为二体问题。 在摄动力的作用下，卫星的运动称为受摄运动，相应的卫星轨道称为受摄轨道；而理想下的卫星轨道，称为无摄轨道。 1、二体问题下的卫星运动方程 卫星受地球引力FS，地球受卫星引力Fe，则： 2、卫星无摄轨道参数 开普勒第一定律（轨道定律)：卫星沿一个椭圆轨道环绕地球运行，而地球处于椭圆的一个焦点上。 §3.3 GPS卫星信号结构 GPS卫星发射的信号由三部分组成 载波 测距码 导航电文 1、载波 类型 目前 L1 – 频率：154?f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm L2 – 频率：120?f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm 现代化后 增加L5 – 频率：115?f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm 作用 搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移 1、载波 特点 所选择的频率有利于测定多普勒频移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关） 2、测距码 作用 测距 性质 伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise） 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数） 对齐的同一组码间的相关系数为1 2、测距码 类型 目前 C/A码（Coarse/Acquisition Code）– 粗码/捕获码； P（Y）码（Precise Code）– 精码； 现代化后 在L2上调制C/A码 在L1和L2增加调制M码 3、卫星导航电文 作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及电离层改正等信息 组成结构 3、卫星导航电文 基本内容 3、卫星导航电文 遥测字（TLM – Telemetry Word） 每一子帧的第1个字 用作捕获导航电文的前导 交接字（HOW – Hand Over Word） 每一子帧的第2个字 主要内容：Z计数 3、卫星导航电文 第一数据块－第1子帧的第3-22个字 WN – GPS周 L2所调制测距码标识符 – “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码 传输参数 N及卫星状态 TGD – 信号在卫星内部的时延 星钟数据龄期AODC 星钟改正参数af0（钟偏），af1（钟速），af2（钟漂） 3、卫星导航电文 第二数据块 - 广播星历(星历参数),第2、3子帧 载波调制的一般方法： 如果调制前载波为 调幅：振幅 A 随调制信号的变化而变化 调频：载波频率f（角频率 ）随调制信号的变化而变化 调相：相位 随调制信号的变化而变化 §3.4 GPS卫星位置的计算 根据广播星历计算卫星位置 根据精密星历计算卫星位置 1、根据广播星历计算卫星位置 计算思路 1）首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标; 2）然后将上述坐标分别绕X轴旋转i角、绕Z轴旋转?角，求出卫星在顺时天球坐标系下的坐标。 3）将顺时天球坐标转换到瞬时地球坐标。 计算过程 1) 计算卫星运行的平均角速度 2) 计算t 时刻卫星的平近点角 3) 计算偏近点角 4)计算真近点角 5)计算升交距角（未经改正的） 6)计