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1、 武汉大学 测绘学院 GPS原理及其应用课程组GPS原理及其应用(四)GPS原理及其应用第二章全球定位系统的组成及信号结构2.2 GPS卫星的信号结构GPS原理及其应用GPS卫星信号结构全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构GPS原理及其应用概述 GPS卫星信号的组成部分 载波（Carrier） L1 L2 测距码（Ranging Code） C/A码（目前只被调制在L1上） P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） 卫星（导航）电文（Message） GPS卫星信号的生成 关键设备 原子钟全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 概述GPS原理及其应用GPS卫星的基准频率 f
2、0 由卫星上的原子钟直接产生 频率为10.23MHz 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频 或分频全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星的基准频率 GPS原理及其应用载波 作用 搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移 类型 目前 L1 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm L2 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm 现代化后 增加L5 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 载波GPS原理及其应用载波 特点 所选择的频率有利于测定多普勒频
3、移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折 射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折 射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 载波GPS原理及其应用测距码 作用 测距 性质 为伪随机噪声码（PRN Pseudo Random Noise） 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关 系数为0或1/n（n为码元数） 对齐的同一组码间的相关系数为1全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 测距码GPS原理及其应用测距码 类型 目前 C/A码（Coarse/Acquisition Code） 粗码/捕获码； 码率：1.023MHz；周
4、期：1ms；1周期含码元数： 1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上 P（Y）码（Precise Code） 精码；码率： 10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数： 6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和 L2上 现代化后 在L2上调制C/A码 在L1和L2增加调制M码全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 测距码GPS原理及其应用卫星（导航）电文 作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参 数、卫星状态信息及其它信息 基本结构全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星（导航）电文GPS原理及其应用卫星（导航）电文 基本内容全球
5、定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星（导航）电文GPS原理及其应用卫星（导航）电文 遥测字（TLM Telemetry Word） 每一子帧的第1个字 用作捕获导航电文的前导 交接字（HOW Hand Over Word） 每一子帧的第2个字 主要内容：Z计数全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星（导航）电文GPS原理及其应用卫星（导航）电文 第一数据块 第1子帧的第310个字 内容： WN GPS周 L2所调制测距码标识符 “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码 传输参数N URA TGD 信号在卫星内部的时延 星钟数据龄期AODC 星钟改正参数a0（钟偏
6、），a1（钟速），a2（钟漂）全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星（导航）电文GPS原理及其应用卫星（导航）电文 第二数据块 第2、3子帧的第310个字 内容 该发送信号卫星的星历 广播星历 星历参数全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星（导航）电文GPS原理及其应用卫星（导航）电文 第三数据块 第4、5子帧的第310个字 内容：所有卫星历书（概略星历） 第三数据块的内容每12.5分钟重复一次全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星（导航）电文GPS原理及其应用星历参数详解全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 星历参数详解GPS原理及
7、其应用星历参数详解全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 星历参数详解GPS原理及其应用星历参数详解全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 星历参数详解GPS原理及其应用星历参数详解全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 星历参数详解GPS原理及其应用卫星信号的调制 模二和 运算规则 二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进 制“1”，则全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星信号的调制GPS原理及其应用卫星信号的调制 二进制信号的相位调制调频FM调幅AM调相PM注：其它调制方式全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星信号的
8、调制GPS原理及其应用卫星信号的调制 GPS卫星信号的调制 示意图 卫星信号的调制原理全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 卫星信号的调制GPS原理及其应用GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置 计算思路 首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标 然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转 -k角，求出卫星在地固系下的坐标轨道平面坐标系轨道参数全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置 计算过
9、程 计算卫星运行的平均角速度 计算t时刻卫星的平近点角 计算偏近点角全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置 计算过程（续） 计算真近点角 计算升交距角（未经改正的） 计算卫星向径全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置 计算过程（续） 计算摄动改正项 进行摄动改正 计算卫星在轨道平面坐标系中的位置全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用GPS卫星位置的计
10、算-根据广播星历计算卫星位置 计算过程（续） 计算升交点经度 计算卫星在地固坐标系下的坐标全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用精密星历 按一定时间间隔给出卫星在地固坐标系下的三维位 置、三维速度和钟差* 2004 1 15 0 0 0.00000000 P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285 P 2 1141.101111 22665.359989 14690.489309 -257.156064 P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.23
11、3325 77.825932 P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805 P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888 P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584 P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094 P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383.670428GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算 GPS原理及其应用 任意时刻t卫星位置的计算 原理：插值法 方法：拉格朗日插值法等GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置全球定位系统的组成及信号结构 GPS卫星信号结构 GPS卫星位置的计算
