第3章 GNSS组成与卫星信号《GNSS测量技术》教学课件.ppt

1999年6月，美国军方和情报部门又提出了以下几项GPS现代化措施： (1) 增加GPS卫星的发射的信号强度，以增加抗电子干扰能力； (2) 增设更好必威体育官网网址和安全性能的新军用码M码，与民用码分离； (3)研发有更好的保护性能，尤其是抗干扰能力和初始化的能力的新一代军用GPS接收机。 在民用方面，美方拟采取的措施是： (1) 终止SA政策的实施，提高民用实时定位和导航精度； (2) 在L2载波上调制民用码（L2C），使得一般用户可以采用双频改正来消除电离层延迟； (3) 增加L5民用频率，对非军方用户而言，可组成载波相位线性组合观测值。 3.2 美国GPS政策与现代化 GPS现代化计划分为三个阶段： 第一阶段发射12颗改进型的BLOCKⅡR型卫星； 第二阶段发射6颗GPS BLOCKⅡF，到2016年GPS系统卫星应全部以ⅡF运行，共计24+3颗； 第三阶段发射GPS BLOCK Ⅲ 型卫星，在2003年前完成代号为GPS Ⅲ的 GPS完全现代化计划设计工作。计划用20年时间完成GPSⅢ计划，取代目前的GPSⅡ。 截止目前为止，GPS现代化计划已实现的目标有： （1）取消SA政策。2000 年 5 月，美国宣布取消实施SA政策，2007 年，美国政府宣布计划通过建造没有SA的GPS III卫星来永久消除 SA。 3.2 美国GPS政策与现代化 （2）新的民用信号及军用码。为了提高民用用户的性能，GPS部署了三种新的民用信号：L2C、L5 和 L1C。加上传统的民用信号L1 C/A总共四个民用 GPS 信号。在L1和L2上增设新的军用码M码。 （3）卫星的退役和增补。自2005年至今，美军先后完成了20余次发射任务，成功将8颗Block IIR(M)卫星和12颗Block IIF卫星送入轨道，完成了现代化计划中的第一和第二步。 （4）地面监控站的现代化。2008年实施精度改进计划L-AII后，地面监控站增加至 16 个，级后地面监控站位置升如图3-4所示，L-AII实施后，监控站收集GPS数据的能力提高了三倍，广播星历的精度提升了10% 到 15% 3.2 美国GPS政策与现代化 图3-5 L-AⅡ实施后的地面监控站位置示意图 3.2 美国GPS政策与现代化 如今，美军正在全力研制生产下一代也就是第三代GPS卫星—GPS III。随着第一颗代GPS III 卫星GPS III SV01于 2018 年 12 月 23 日发射，全球定位系统（GPS）在技术和能力现代化方面迈出了重要一步。截止2022年6月26日，美国GPS系统共有31颗在轨工作卫星。 表3-1 GPS卫星现代化演变 3.2 美国GPS政策与现代化 卫星绕地球运行的轨道取决于它在空间中受到的各种力的影响。除受到地球引力外，还受太阳的引力、月亮的引力、太阳光压、地球潮汐力、大气阻力等作用力的影响，无法采用简单的数学模型进行准确的描述。按其影响和大小分为两类：一类是假设地球为均匀质量的球体的引力，称为中心引力；另一类是摄动力，也称非中心引力，包括地球引力场摄动力、日月引力摄动力、太阳光压、地球潮汐和大气阻力等。 相较于中心引力，摄动力的影响小得多，若假设中心引力的影响为 1，则摄动力的影响仅为中心引力的 10-5 量级，中心引力决定着卫星运动的基本规律和特征（无摄运动或开普勒运动），由中心引力确定的卫星轨道称为理想轨道（或开普勒轨道），它是分析卫星实际轨道的基础； 3.3 卫星运动 顾及摄动力影响，卫星轨道将产生一些小的附加变化而偏离理想轨道，偏离量的大小随时间而改变，这种顾及摄动力影响的卫星运动称为受摄运动。 3.3.1 卫星的无摄运动 卫星轨道运动理论的首要研究对象。其原因如下： （1）无摄运动是卫星运动的第一近似描述 （2）无摄运动是至今唯一能得到的严密分析解的运动； （3）无摄运动是全部作用力下的卫星运动更精确解的基础。 1. 二体意义下的卫星运动 在卫星的无摄运动中，卫星按照其预定的轨道运行，此时的卫星可以视为与地球一样质量集中的质点，其运动规律可以用开普勒三定律进行描述。 3.3 卫星运动 （1）开普勒第一定律 开普勒第一定律又称为椭圆定律，即卫星运动的轨道为一椭圆，该椭圆上的一个焦点与地球质心重合。如图3-6所示，在卫星的运行轨道上，将离地球质心最远的一点称为远地点，将距离地球最近的一点称为近地点。 卫星绕地球质心运动的轨道方程： (3-1) 该方程描述了任何时刻卫星在轨道上相对近地点的位置是与时间有关的函数。式中r为卫星到地球质心距离；a为开普勒椭圆的长半径