GPS概述GPS的组成.PDF

GPS 概述 一、GPS 的组成 GPS 的英文全称是：Navigation By Satellite Timing and Ranging Global Positioning System，简称 GPS，也就是卫星全球定位系统。 GPS 由三大部分组成，即：空间部分;控制部分和用户部分，下面分别对这三部分进行叙述： (一)空间部分 空间部分是GPS 卫星星座的总称，根据卫星运行的开普勒第一定律： 人造卫星的运行轨道是一个椭圆，地球位于该椭圆的一个焦点上。如下图所表示： 上图中，o 表示这个椭圆一个焦点上的地球，椭圆本身是卫星的运行轨道，a 点称为远地点，b 点称 为近地点。 由上面的平面图，我们不难想象，GPS 卫星星座运行在一个以地球为焦点的椭球面上。 事实上，在这个椭球面上，GPS 卫星工作星座被分成了6 个轨道平面，均匀分布着24 颗GPS 卫星； 加上备用的4 颗GPS 卫星，GPS 卫星工作星座一共是28 颗卫星。 (二) 控制部分 控制部分是地面监控系统的总称。 对于导航定位而言，GPS 卫星是动态的已知点，用户端所有的导航定位信息都是依据这个动态已知点 发送的都星历都计算得到的。 所谓的息GPS 星历都，实际上是描述一系列GPS 卫星运动及其轨道的参数。都GPS 星历都分为都广播 星历都和都后处理星历都。 所谓的息广播星历都，是由GPS 卫星通过导航电文直接向用户播发的用于实时数据处理的预报星历； 这种预报星历分为由C/A 码传送的民用星历和由P 码传送的军用星历。 所谓的都后处理星历都是一种用于测后数据处理的GPS 精密星历，它不由GPS 卫星直接传送，而是 由第三方提供给用户。 对于整个GPS 系统来说，控制部分是整个系统的核心，因为，所有的GPS 卫星所播发的用于导航定 位的星历，都是由地面的控制部分提供的，对于地面监控系统而言，它包含如下的几个部分： 一个主控站，三个注入站，五个监控站 地面监控系统的主要功能如下： (1)监测GPS 信号。个个监测站对飞越其上空的所有GPS 卫星进行伪距等测量，并将其测量值发向 主控站。 (2)收集数据。主站收集各个监测站所测得的数据，如气象要素，卫星时钟和卫星工作状态以及监测站 自身的数据等。 (3)计算导航电文。主控站除了控制和协调各个监测站和注入站的工作外，还根据收集到的数据及 时 计算每颗GPS 卫星的星历，时钟修正以及大气传播修正，并将这些导航电文送到注入站。 (4)注入电文。对于飞越注入站上空的GPS 卫星，注入站用S 波段的注入信号将导航电文分别注入到 相应的GPS 卫星。 (5)状态诊断。主控站还负责监控整个地面监控系统是否正常工作，校验注入站给GPS 卫星的信息是 否正确，监测GPS 卫星发送的导航电文是否正确等。 (6)卫星调度。当GPS 卫星偏离正确的轨道时，主控站能否对它进行轨道修正，如果出现故障，主控 站还能够让备用的GPS 卫星去取代故障卫星的工作。 (三)用户部分 用户部分指的是GPS 接收机部分，天工测控有限公司所研制的GB10，GM10 又是接收机的核心部件。 二、GPS 导航定位信号 GPS 卫星的导航载波信号是L 频段(22cm)的短波信号，现行GPS 工作卫星采用L 波段的三种导航信 号，分别为L1，L2，L3，其载波频率分别如下： L1：1575.42MHz L2 ：1227.60MHz L3：1381.05MHz 天工测控技术有限公司的GB10 和GM10 均使用L1 为导航信号。 此外，GPS 新型工作卫星将增设L5，其载波频率为1176.45MHz 。 在叙述导航定位信号之前，先谈一谈关于都扩频都方面的一些基本东西。 所谓的都扩频都，就是提高GPS 导航电文的通讯速率，在传输的时候将低速度的导航电文变成高速度 的导航电文。 美国科学家仙农(C。E。Shannon)在信息论中有如下的定理： C=Blg2(1+S/N) 其中： B通讯系统的频带宽度(实际上就是通讯速度) S/N通讯系统信号功率对噪声功率的比。 C通讯系统的容量。 很显然，通讯系统一旦研制完成后，通讯系统的容量C 也就确定了，在通讯系统C 容量一定的情况