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GPS技术及其在广电传输中的应用 ◎王 麟合肥工业大学计算机与信息学院安徽广电传输发射总台 ◎王义林合肥大蜀山发射台 量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS 【提要】本文对全球定位系统(GPS)的性质和三大组成部 卫星所发送的导航电文．实时地计算出卫星的三维位置、相 分作了简单的论述，解释了GPS定位技术及定位原理， 对位置，甚至三维速度和时间。 介绍了GPS技术在广电传输中的几个应用(数字电视、 精密调频同步广播和场强测试)，最后肯定了新技术与 2GPS定位技术及原理 传统广电技术结合发展广电传输事业的模式。 GPS接收机可接收到准确至纳秒级的时间信息；用于预 【关键词】GPS数字电视调频同步广播场强测试报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星尻用于计算定 位时所需卫星坐标的广播星历．精度为几米至几十米；以及 GPS系统信息．如卫星状况等。GPS接收机对收到的卫星信 1 GPS简介 号解码或采用其他技术，将调制在载波上的信息去掉后．就 可以恢复载波。接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的 全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)是美国 第二代卫星导航系统。GPS以全天候、高精度、自动化、高 距离．由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称 效益等显著特点，成功地应用于多个学科之中。 右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度为2m左右。 GPS的空间部分使用24(21+3)颗高度约2．02万km的卫 星组成卫星星座．卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小 GPS定位基本原理如图1所示。 时58分．分布在6个轨道面上(每轨道面4颗)，轨道倾角 为55。。在全球的任何地方、任何时间都可观测到4颗以上 机的时间△t．再加上接收机所接收到的卫星星历等其他数 据，可以在地面待测点上确定以下4个方程式： 的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这 就提供了在时间上连续的全球导航能力。卫星向地面发射两 575 个波段的载波信号，载波信号频率分别为1 442MHz(L1 227 波段)和1 6MHz(L2波段)．卫星上安装了精度很高的 原子钟，以确保频率的稳定性．在载波上调制有表示卫星位 置的广播星历，用于测距的C／A码和P码．以及其他系统信 其中：待测点坐标X、Y、Z和接收机的钟差Vto为未知 息，能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候 参数 的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。 GPS地面监控部分包括4个监控站、一个上行注入站和 一个主控站。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这 些数据传送至主控站。主控站的主要任务是收集各监控站对 GPS卫星的全部观测数据．利用这些数据计算每颗GPS卫星 的轨道和卫星钟改正值。上行注入站的任务主要是在每颗卫 星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫 星。地面监控系统的一个重要作用是保持各颗卫星处于同一 时间标准——GPS时间系统。 GPS信号接收机的任务是：捕获卫星信号，跟踪卫星运 行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理．以便测 Ati(i=1、2、3、4)分别为卫星i的信号到达接收机所 经历的时间。 C为GPS信号的传播速度(即光速)。 xI、yi、zi(i=1、2、3、4)为卫星i在t时刻的空间直角坐 标。 Vti(i一、2、3、4)为卫星i的卫星钟的钟差，由卫星星 历提