测距码-空间定位与导航工程研究所.ppt

GPS导航应用 第3章 基础知识 大地坐标与WGS-84 大地/椭球坐标系 定义 以参考椭球为依据建立的坐标系被称为大地坐标系，又被称为椭球坐标系。 大地坐标 大地纬度（B） 大地经度（L） 大地高/椭球高（H） WGS 84 World Geodetic System 1984 1984年世界大地系统 GPS系统内部所采用坐标参照系 GPS卫星所发送的广播星历基于此系统 地图投影 地图投影的产生 通俗的地图投影定义 通俗的地图投影定义 将球面坐标转换为平面坐标。 地图投影的定义 地图投影的定义 投影是球面坐标与平面坐标间的映射关系，可以用下面的数学表达式表示： 地图投影的类型 GPS时 GPS时 GPST 秒长：原子时秒长 起点：1980年1月6日0时 特点：连续计时，无跳秒 计时方法 GPS周数+周内秒数 GPS周数：从1980年1月6日起计的周数，从第0周起算 周内秒数：从当周周日0时起算的秒数 第4章 GPS系统的组成与信号结构 引子 GPS定位的基本原理 第1节 GPS坐标和时间系统 GPS坐标和时间系统 GPS坐标系统 1984年世界大地坐标系（WGS-84 – World Geodetic System） GPS时间系统 – GPS时（GPST） 秒长：原子时秒长 计时方法：GPS周（GPS Week） + 周内秒数（TOW），每周以周日零时为起点 时间起点：1980年1月6日0时（在该时刻与UTC同步） 其他特点：无跳秒 目前：GPST ? UTC = 15（2012年2月29日） 第2节 GPS的组成 概况 GPS的组成 空间部分 GPS的空间部分 构成：由GPS卫星所组成的GPS卫星星座 GPS卫星星座 GPS卫星的功能 接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等 GPS卫星 地面监控部分 GPS地面监控部分的组成 主控站：1个 监测站：5个 注入站：3个 通讯与辅助系统 GPS地面监控部分的分布 地面监控部分的功能 跟踪GPS卫星 确定卫星轨道及卫星钟改正数 预报卫星轨道，建立卫星钟改正模型 编制成导航电文，并通过注入站送往卫星 通过注入站向卫星发布各种指令 用户部分 用户部分的组成 用户 接收设备 用户部分的功能 用户部分的功能 测定从接收机至GPS卫星的距离 接收卫星星历 利用上述信息确定自身的三维位置、三维运动速度和钟差等参数 第3节 GPS卫星的信号结构 GPS卫星信号的成分 GPS卫星信号的成分① 载波 可运载调制信号的高频振荡波 L1，L2 测距码 用于测定从卫星至接收机间距离的二进制码 C/A码（目前只被调制在L1上），P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） 导航电文 由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星空间位置、工作状态、卫星钟修正参数和电离层改正参数等重要数据的二进制码，也被称为数据码（D码） GPS卫星信号的成分② 载波 载波的作用和类型① 作用 搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移 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 载波的作用和类型② 选择两（多）个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟 电离层折射延迟与信号的频率有关 测距码 测距码的作用和性质 作用 测距 性质 为伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise），既具有随机噪声的特性，又可以精确定义（实际上隐含有时间信息） 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 C/A码 名称 粗码/捕获码（Coarse/Acquisition Code） 码率 1.023MHz 周期 1ms 1周期含码元数 1023 码元宽度 293.05m 调制载波 L1 P码 名称 精码（Precise Code） 码率 10.23MHz 周期 7天 1周期含码元数 6187104000000 码元宽度 29.30m 调制载波 L1和L2 现代化后测距码的变化 在L2上调制C/A码 在L1和L2增加调制M码（军用码） 导航电文 导航电文的作用及基本结构① 形式 码率50Hz的比特流 作用 向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息 导航电文的作用及基本结构② 组织方式 字（30bit） 子帧（由10个字组成） （主）帧（由5个子帧组成） 导航电文（由25个（主）帧