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1、第一节、GPS系统的组成空间部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载表信号 提供其它辅助信息地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨用户部分： 接收并测卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息第一页，共34页。GPS定位系统GPS卫星（空间星座部分）地面监控系统（地面监控部分）GPS接收机（用户部分）24颗卫星1个主控站3个注入站5个监测站各型GPS接收机第二页，共34页。1、空间星座部分l24颗卫星(21+3)l 6个轨道平面l 55轨道倾角l 2万km轨道高度(地面高度)l 12小时(恒星时)轨道周期l 5个多小时出现在地平线以上(每颗星)第三页，共34页。u铯原子钟u
2、计算机u2块7m2的太阳能翼板u无线电收发两用机u导航荷载（接收数据，发射测距和导航数据）u姿态控制和太阳能板指向系统第四页，共34页。GPS卫星结构双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m，接受日光面积7.2m2。采用采用铝铝铝铝蜂巢蜂巢结结结结构，主体构，主体呈柱形，直径呈柱形，直径为为为为1.5m1.5m多波束定向天线，这是一种由12个单元构成的成形波束螺旋天线阵，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。在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卫卫星结结构第五页，共34页。第六页，共34页。GPS卫星星座的功能l主要包括：（1）接收和存储由地面
3、监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；（2）卫星上设有微处理机，进行部分必要的数据处理工作；（3）通过星载的高精度铷钟、铯钟产生基准信号和提供精密的时间标准；第七页，共34页。GPS卫星星座的功能（4）向用户发送导航定位信号。包括： 两种载波（L1 和L2） 调制在L1上的伪噪声码C/A码（Coarse Acquisition Code粗捕获码） 调制在L1和L2上的伪噪声P码(Precise Code精码)（5）在地面监控站的指令下，通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。第八页，共34页。2、地面监控部分地面监控部分主要包括：一个主控站：科罗拉多斯必灵司 三个注入站：阿松森（A
4、scencion) 迭哥伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein)五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷（Hawaii)55夏威夷阿松森迭哥伽西亚卡瓦加兰科罗拉多斯必灵司第九页，共34页。l地面主控站的作用主控站的作用 收集数据 数据处理 监测与协调 控制卫星 2、地面监控部分第十页，共34页。l地面监控站的作用2、地面监控部分监控站伪距导航数据气象数据卫星状态数据主控站测传送注入站的作用 注入站的主要作用是将主控站需传输给卫星的资料以既定的方式注入到卫星存储器中，供卫星向用户发送。 第十一页，共34页。3、用户接收部分天线天线前置放大器前置放大器GPS信号接收机
5、射电部分射电部分微处理器微处理器电源部分电源部分数据存器数据存器显示控制器显示控制器供电信号信息命令数据供电，控制供电数据控制 第十二页，共34页。3、用户接收部分按用途按携带形式 按工作原理 按载波频率 GPS信号接收机分类 导航型、测地型和授时型 码接收机和无码接收机 单频接收机和双频接收机 袖珍式、背负式、车载式、舰用式、空（飞机）载式、弹载式和星载式 第十三页，共34页。第二节、GPS卫星信号GPS卫星信号由载波、测距码和导航电文三部分组成第十四页，共34页。一、GPS卫星信号的内容 第二节、GPS卫星信号GPS载波信号L1载波GPS的测距码C/A码P码导航电文卫星的星历卫星工作状态时
6、间系统卫星钟运行状态轨道摄动改正大气折射改正L2载波GPS卫星信号第十五页，共34页。第二节、GPS卫星信号 下图为GPS卫星信号的构成示意图。图中说明所有信号分量是根据同一基准频率（图中A点）产生的，其中包括载波（B点），（C点），调制在载波上的调相信号C/A码（D点），P码（F点）和数据码（G点），经卫星发射天线（H点）发射的信号分量包括：C/A码信号（J点）， L1P码信号（K点）和L2P码信号（L点）。 二、GPS卫星信号构成第十六页，共34页。第二节、GPS卫星信号GPS信号的构成 第十七页，共34页。载波l作用l搭载其它调制信号(导航电文)l测距（载波相位定位）l测定多普勒频移l类
7、型l目前lL1 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cmlL2 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cml现代化后l增加L5 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm第二节、GPS卫星信号第十八页，共34页。载波l特点l所选择的频率有利于测定多普勒频移l所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响l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）第二节、GPS卫星信号第十九页，共34页。l模二和l运算规则l二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则第二节、GPS卫
8、星信号第二十页，共34页。l二进制信号的相位调制第二节、GPS卫星信号第二十一页，共34页。l三、测距码的产生第二节、GPS卫星信号 C/A码码率为1.023MHz，周期为1ms，一周期内有1023个码位。C/A码由两个1023bit的伪随机码和的乘积构成的Gold码。相位选择器的作用是对G2进行平移 C/A码形成方框图 第二十二页，共34页。四、导航电文 GPS卫星的导航电文是用户用来定位和导航的数据基础，主要包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态和C/A码转换到捕获P码的信息。 卫星将这些信息按规定格式以二进制码的形式向用户发送，所以导航电文又称为数据码，即D码。D码的基本单位是
9、包含1500比特的一个主帧，如下页图所示，其传播速率为50bit/s。一个主帧含5个子帧，其中第1、2、3子帧各有10个字码，每个字码为30比特；第4、5子帧各有25个页面，计37500比特。第二节、GPS卫星信号第二十三页，共34页。第二节、GPS卫星信号第二十四页，共34页。第二节、GPS卫星信号123451234567891030s6s0.02s0.6s25页10个字30比特导航电文的基本构成 第二十五页，共34页。 每一个子帧都是以一个遥测码（TLM）开始。第一个字主要是遥测码，其中第18比特是同步码，作为识别电文内容的序文；第922比特为遥测电文，主要是供地面监测站使用的信息；第23
10、24比特无意义；第2530比特为奇偶校验码。第二个字为转换码（HOW），转换码的作用是帮助用户从捕获的C/A码转换到对P码的捕获，并以同步进行锁定。第一子帧第三到第十个字称为数据块和电文块，如下页图所示，第一子帧内为数据块，第二、三子帧为数据块，第四子帧为电文块，第五子帧为数据块。导航电文的构成第二节、GPS卫星信号第二十六页，共34页。TLMHOW数据块1时钟修正参数TLMHOW数据块2星历表TLMHOW数据块2星历表继续TLMHOW数据块3卫星历书等TLMHOW数据块3卫星历书等12345一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特电文一主帧结构图 第二节、GPS卫星信号第
11、二十七页，共34页。第一数据块 第一数据块位于第1子帧的第310字码，它的主要内容包括： a、时延差改正Tgd信号在卫星内部的时延差。 b 、数据龄期AODC时钟改正数的外推时间间隔，它指明卫星时钟改正数的置信度。 C、 星期序号WN表示从1980年1月6日子夜零点（UTC）起算的星期数，即GPS星期数。 d 、卫星时钟改正GPS时间是以地面主控站的主原子钟为基准，因其不稳定性，使得GPS时间和UTC时间之间存在差值。监控站监测确定这个差值，通过导航电文发送给用户。时钟改正包括：钟偏、钟速和钟漂。第二节、GPS卫星信号第二十八页，共34页。第二数据块 第二数据块包括第2和第3子帧，其内容表示G
12、PS卫星的星历，描述卫星的运行及其轨道的参数，包括下列三类(P180)： a、开普勒六参数。 b 、轨道摄动九参数。 C、 时间二参数 第二节、GPS卫星信号第二十九页，共34页。第三数据块 第三数据块包括第4和第5子帧，其内容包括了所有GPS卫星的历书数据。当接收机捕获到某颗GPS卫星后，根据第三数据块提供的其他卫星的概略星历、时钟改正、卫星改正、卫星工作状态等数据，用户可以选择工作正常和位置适当的卫星，并且较快地捕获到所选择地卫星。第二节、GPS卫星信号第三十页，共34页。第4子帧内容：第2、3、4、5、7、8、9、10页面提供25-32颗卫星的历书；第17页面提供专用电文；第18页面给出
13、电离层改正模型参数和UTC数据；第25页面提供所有卫星的型号、防电子对抗特性符和卫星健康状况；第1、6、11、12、16、19、20、21、22、23、24页面作为备用；第13、14、15页面为空闲页面。第二节、GPS卫星信号第三十一页，共34页。第5子帧内容：第1-24页面提供1-24颗卫星的历书；第25页面提供1-24颗卫星的健康状况和星期编号； 在第三数据块中，第4和第5子帧的每个页面的第3字码，其开始的8bit是识别字符，且分成两种形式：u第1和第2bit为电文识别（DATA ID）；u第3-8bit为卫星识别（SV ID）。第二节、GPS卫星信号第三十二页，共34页。1、GPS系统的三大组成部分介绍；2、GPS信号的构成：载波、PRN码、调制；3、GPS导航电文的帧结构与含义。小 结第三十三页，共34页。1、GPSjieshouji？作 业第三十四页，共34页。
