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GPS原理及测试 主讲人:谭宗洋 内容 1.GNSS定义与介绍 2.GPS的整个系统的构成 3.GPS原理定位与概述 4.GPS的测试 GNSS 定义 GNSS是Global Navigation Satellite System的缩写。中文译名应为全球导航卫星系统 GNSS 的种类： GPS，GLONASS，Galileo，中国北斗等 GPS/GLONASS/GALILEO参数对比 GPS系统的构成 GPS系统=空间部分+控制部分+用户部分 空间部分：GPS空间部分主要由24颗GPS卫星构成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星。24颗卫星运行在6个轨道平面上，运行周期为12个小时。保证在任一时刻、任一地点高度角15度以上都能够观测到4颗以上的卫星。 主要作用：发送用于导航定位的卫星信号。 构成：24颗卫星=21颗工作卫星+3颗备用卫星 GPS系统的构成（控制部份） GPS控制部分由1个主控站，5个检测站和3个注入站组成。 作用：监测和控制卫星运行，编算卫星星历（导航电文），保持系统时间。 （1）主控站：从各个监控站收集卫星数据，计算出卫星的星历和时钟修正参数等，并通过注入站注入卫星；向卫星发布指令，控制卫星，当卫星出现故障时，调度备用卫星。 （2）监控站：接收卫星信号，检测卫星运行状态，收集天气数据，并将这些信息传送给主控站。 （3）注入站：将主控站计算的卫星星历及时钟修正参数等注入卫星。? GPS系统的构成（用户部份） GPS用户设备部分包含GPS接收器及相关设备。GPS接收器主要由GPS芯片构成。 如车载、船载GPS导航仪，内置GPS功能的移动设备，GPS测绘设备等都属于GPS用户设备。 作用：接收、跟踪、变换和测量GPS信号的设备，GPS系统的消费者。 原理定位与概述 GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60MHz的L2载波，它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分别调制着多种信号，这些信号主要有： C/A码：C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是1MHz的伪随机噪声码（PRN码），其码长为1023位（周期为1ms）。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们经常用它们的PRN号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。 P码 ：P码又被称为精码，它被调制在L1和L2载波上，是10MHz的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时，P码与W码进行模二相加生成必威体育官网网址的Y码，此时，一般用户无法利用P码来进行导航定位。 导航信息：导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。 SPS和PPS是GPS系统针对不同用户提供两种不同类型的服务。一种是标准定位服务(SPSStandard Positioning Service)，另一种是精密定位服务(PPSPrecision Positioning Service)。这两种不同类型的服务分别由两种不同的子系统提供，标准定位服务由标准定位子系统(SPSStandard Positioning System)提供，精密定位服务则由精密定位子系统 (PPSPrecision Positioning System)提供。 SPS主要面向全世界的民用用户。 PPS主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。 在GPS定位中，经常采用下列观测值中的一种或几种进行数据处理，以确定出待定点的坐标或待定点之间的基线向量： L1载波相位观测值 L2载波相位观测值（半波或全波） 调制在L1上的C/A码伪距 调制在L1上的P码伪距 调制在L2上的P码伪距 L1上的多普勒频移 L2上的多普勒频移 导航信息内容 GPS系统时间和卫星时钟校准值 高精度的卫星轨道数据(星历) 粗略的卫星轨道数据(历书) 系统卫星健康状态 导航信息概述 导航信息共分25帧，每帧1500bits，共37500bits 每帧分5个子帧，每子帧300bits 每子帧分10个Word，每个Word为30bits 完整接收需耗时37500/50=12.5分钟 GPS卫星信号 导航电文 数据结构框图 GPS的误差：我们在利用GPS进行定位时，会受到各种各样因素的影响。影响GPS定位精度的因素可分为以