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1、GPS 全球定位系统版权声明： 以下内容由中国民航大学电子信息工程学院教师编排制作，主要用于学习、研究，不得用于其他商业用途如果对制作内容有任何建议请联系中国民航大学电子信息工程学院GPS 抗干扰研究”科研组。电话：24092451Email:目录 GPS系统概述o 空间段o 控制段o 用户段 GPS 定位服务联邦无线电导航计划说明O精密定位服务(PPS)O标准定位服务(SPS) GPS 卫星定位信号 GPS 数据 GPS 定位与时间o 码相位跟踪o 伪距测量o 定位接收机o 载波相位跟踪 GPS 误差源 几何精度因子 (GDOP)差分GPS (DGPS)技术o 差分 码相位跟踪o 差分载波相
2、位跟踪o 共模时间传递o GPS 技术及工程费用GPS 系统概述全球定位系统是一个卫星导航定位系统，它是由美国国防部（国防部）提供经费并控制的.虽然 全球有数以千计的GPS民用用户，但该主要是为美国军方设计和使用的。 GPS 有专门的卫星信号号编码，可以由 GPS 接收器处理，计算接收机的位置,速度和时间。 四颗 GPS 卫星信号用来计算时间和位置。The Global Positioning SystemMeasurements of co de-phase airiual tunes from at least four satellites are used to estimate fo
3、ur quantities: position in. three dimensions (X, Y, Z) and GPS time (T).o 空间段空间段的组成是全球定位系统的卫星.这些卫星从太空发出无线电信号.GPS卫星由24颗卫星组成，环绕地球飞行周期为12个小时.常常推出多于24颗 新业务卫星,以取代旧的卫星.共有6个轨道平面,同样间隔（60度）, 而相对于赤道 平面倾斜约55 度.使用者在地球上任何一点可以看得见五至八颗卫星.GPS satelliteGPS Nominal Constellation24 Satellites in 6 Orbital Planes4 Satel
4、lites in each Plane20,200 km Altitudes, 55 Degree InclinationPHerll.Dana IQ-QSCilobal Positioning System Satellites and Orbitsfor 27 Operational Satellites on September 29$ 1998Satellite Positions at ()0:00:00 9/29/98 with 24 hours (2 orbits) of Ciround Tracks to 00:00:00 9/30/980 EquatorArgument of
5、 LatitudePeter H. Dana 5 吃幵 95Global Positioning System (GPS) Master Conti ol and Monitor Station Nettvork 网络主控站位于Schriever空军基地（前身 猎鹰抗酸）在科罗拉多.监测站收集卫 星及当地气象资料送给主控站。主控站根据这些资料计算卫星轨道等导航信息，然 后由注入站每隔8h向卫星发送一次，更新卫星资料，以便卫星向用户设备转发导 航信息。a=ActiveOrbit X Position ISimplified Representation of Nominal GPS Conste
6、llationo 控制段GPS系统的地面支持网由五个监测站、一个主控站和四个注入站组成。GPS用户段包括GPS接收机和用户的社区.GPS接收机利用4颗卫星信号计算位置、 速度、时间。GPS接收机用于导航、定位、时间测量等其他研究工作. 导航是GPS立体定位系统的主要功能.导航接收机可以装在飞机、船舶、地面车辆、 个人携带手.GPS导航能利用GPS精确定位接收机位置的参考和相对定位提供数据 更正。 远程接收机可用于大地测量控制、板块构造研究等另外，使用全球定位系统可进行 天文观测、通讯设施、测量大气参数.GPS 定位服务联邦无线电导航计划说明o 精密定位服务 (PPS) 授权用户提供密码钥匙及设
7、备、特殊设备的精确定位系统接收机使用。美国和盟国 军队及美国政府机构有使用权。预测垂直精度为22 米，横向精度为27.7米，时间 精度为 200 纳秒。o 标准定位服务 (SPS) 全球民用使用户使用SPS是不受控制和限制的.大多数接收机可以直接使用SPS 信号. SPS 精度被国防部使用选择可用技术故意降低了。SPS精度：垂直精度为100米，横向精度为156米，时间精度为340纳秒。 GPS卫星定位信号o GPS卫星传送两种微波信号。一种的频率(1575.42兆赫)携带SPS信号和导航电文.另 种频率(1227.60兆赫)是用来使用PPS接收机测量电离层延迟。o 三位二进制编码利用两种载波运
8、载. GPS 数据o 导航电文是二进制文件，它是按一定格式组成数据帧，按帧向外播送。每颗卫星的数据占 用一帧.o 一帧由5个子帧组成一个帧。o 一帧50个字,每个字30个码位，共1500个码位，时间30s.o每个子帧10个字，时间6s.头2个字为遥测字(TEL)和转换字(HOW),由星载设备产生，后8 个字为导航电文,由地面站注入给卫星.o 25 个帧组成一个主帧. 一个主帧是一个完整的历书， 历书包括了所有在轨卫星的简略星历 数据.GPS 定位与时间测量o 码相位跟踪能够产生与所测卫星的测距码结构完全相同的复制码。工作中通过逐步移位，使接收码与复制码达到最大相关，以测定卫星信号到达用户接收机
9、天线的传播时间。GPSC/ACodeAssigiimentsSVPRN IDG2 Phase TapsFirst 10 Chips12&6110010000023&7111001000034&8111100100045&9111110010051 &9100101101162&10110010110171 &8100101100182&9110010110093&101110010110102&31101000100113&41110100010125&61111101000136&71111110100147&81111111010158&91111111101169&10111111111
10、0171 &41001101110182&51100110111193&61110011011204&71111001101215&81111100110226&91111110011231 &31000110011244&61111000110255&71111100011266&81111110001277&91111111000288&101111111100291 &61001010111302&71100101011313&S1110010101324&91111001010GPS C/A Code Chips (Rows = PRN Signal Numbers 1-32)Pete
11、r H. Dana10111100011001101001110001110001011110001100110100111000111000njwmjruuwLA Short Repeating PRN Code Sample伪距测量接收机位置是利用伪距测量的。TOSITION ami TDiTEMeasuredRangeThe GPS Navigation SolutionThe estimated ranges to each satellite intersect within a small region when the receiver clock bias is correct
12、ly estimated and added to each measured relative range.Recewer Clock Bias位置决定于多重伪距测量，四颗卫星提供的信号确定三维的位置和准确的时间。从 而计算出对地球坐标系的坐标（X, Y, Z）。时间用于校准接收机时钟偏差，接收机不必使用昂贵的时钟。通过星历，卫星的坐 标是已知的,可利用测量伪距计算接收机位置。计算方法如下：3FS Fseudorarige Nai.iiqatbri E:：aEp且-Feter H. Dana - 4/24/6Sate Hite (SVj cozirdinates： in ECEF XTZ f
13、rcim Ep he me re Parameters and SV Time：=15524471.175SVy. ：=-1E：e3826.222SVzu：=1351 2272.3S7SV 15SVxd：=-2304058.534SVj. ：=-23237906.4E；5svz1：=11 91 7033.1 05SV 27SVx2：=1668024:3.357SVy._ ：=-3ue9625.561SVZ2：=20378551. U47SV 31：=-1 4799931.395SVy._. ：=-2142535S,24SVZ3：=SLi69947.224SV 7Sate Hite Fse ud口口心尘：in mete rs (from C.A code epcchs： in m illE：eccindsF| :二 89431.971F:二 1 33930.500P._ :二 2S309S. 754 P._.:二 205961.742 Range + F：era h.-e r C L-=k B 血:Receruer Fcrtbn Estimate in ECEF XTZRs :二-730000R.y :二-5440000Rz ：= 3230000F口Ezchgf4 亦i ：
