卫星定位导航系统原理及的应用第二讲.ppt

2004-11-28 卫星定位导航系统 第一阶段：方案论证和初步设计阶段 时间：1973年到1978年 工作：发射4颗卫星，建立地面跟踪 网，研制地面接收机 ★GPS实施计划 第二阶段：全面研制和试验阶段 时间：1979年到1984年 工作：发射7颗Block I 型试验卫星， 研制导航型和测地型接收机 第三阶段：使用组网阶段 时间：1985年到1993年 工作：发射Block II和Block IIA工作卫星，最终形成设计星座 GPS卫星的发射概况 2. GPS组成 GPS系统由三大部分组成: （1）空间部分-GPS卫星星座 （2）地面控制部分一运行控制系统 （3）用户部分-GPS接收机 GPS系统三大组成 空间部分-GPS卫星星座 空间部分由高度约为20230KM的21颗工作卫星和3颗在轨热备份卫星组成卫星星座。 卫星分布在6个等间隔的、倾角为55°的近圆轨道上,运行周期为718min(约12小时）。 GPS空间卫星 ★单个卫星特征 GPS卫星是由洛克韦尔国际公司空间部研制的,卫星重约774Kg，采用铝蜂巢结构，主体呈柱形，直径为1.5m。卫星的供电部分为对日定向太阳能电池帆板，板面始终对准太阳，为卫星不断地提供电力，同时给镍镉蓄电池充电，保证在地影区卫星仍能正常工作。星体底部装有多波束定向螺旋天线阵，能发射L1和L2波段的信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。 星体两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网通信。GPS卫星上采用了铯原子钟作为频率标准，保证了所有卫星能够在一个月或更长时间内独立工作而无需地面校正，也保证了精密定位的要求。此外，卫星上还装有姿态控制系统和轨道控制系统。 GPS卫星星座示意图 GPS卫星星座的分布 GPS卫星特点 GPS卫星上除了由控制卫星自身工作的遥测、跟踪、指令系统，用于轨道调整与姿态稳定的控制和推进系统，电源系统和计算机等组成外,主要有具有长期稳定度的原子钟(其误差为1s/300万年)、L波段双频发射机、S波段接收机、伪随机码发生器及导航电文存储器。 卫星的主要任务是播发导航信号。 GPS提供的两种服务 卫星采用两种伪随机码对发射信息进行调制,一种是必威体育官网网址的精密码(P码),它同时调制在f1和f2两个频率上,主要是向美国及其盟国的军事用户提供精密定位服务(PPS-Precise Positioning Service);另一种是粗捕获码(C/A码),仅调制在f1频率上,向全世界民用用户提供标准定位服务(SPS-Standard Positioning Service)。 卫星发播的导航电文包括:卫星星历、时钟偏差校正参数、信号传播延迟参数、卫星状态信息、时间同步信息和全部卫星的概略星历。 用户通过对导航电文的解码,可以得到以上各参数,用于定位计算。 GPS的星历数据和用户定位数据都采用WGS84全球测地坐标系统。 每带建立一个平面直角坐标系， 东向为Y轴，北向为X轴，轴子 午线与赤道的交点作为坐标系的原点。这样，轴子午线以东的点y为正，以西的点y为负，所以y值协议加500公里。 分带方式可以限制投影变形的程度，但也带来了投影不连续的缺点。 UTM投影 为通用横轴墨卡托投影(Universal Transverse Mercator Projection)，是1938年美国军事测绘局提出的，1954年开始采用。其归属于高斯投影族，其基本条件为： （1）正形投影。 （2）经度的起点为零子午线，纬度的起点为赤道。 （3）带宽为6?，西经180～西经174为第1带，一直到东经180为60带。 （4）中央子午线东移500KM，投影长度比等于0.9996，而不等于1. UTM投影在整个投影带内的长度变形较均匀，比高斯投影的长度变形小，其计算可通过高斯坐标获得：XU=0.9996x, YU=0.9996y 。 大地坐标系(1) WGS84 WGS-84世界大地坐标系(World Geodetic System)是由美国国防制图局(defence mapping agency，DMA)建立的一种协议地球坐标系，是GPS卫星导航定位的测量成果，于1987年1月10日开始采用。WGS84系是目前最高精度水平的全球大地测量参考系统。 其坐标原点位于地球的质心，Z轴平行于协议地球极轴，X轴指向零子午面与赤道的交点（北向），Y轴指向东向，而垂直于X轴的方向，以构成地心地固ECEF（Earth Centered Earth Fixed)的正交坐标系。 (2) 北京54系（P-54） 采用原苏联