GPS定位系统与信号剖析.ppt

GPS定位系统与信号;复习：空间星座部分;1-2-1 GPS系统的组成; 空间星座部分 ——GPS卫星星座 地面监控部分——地面监控系统 用户部分 ——GPS 接收机和用户;一个主控站：科罗拉多?斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion) 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);;;主控站;;主控站星历编算;广播星历;精密星历（IGS星历）;监控站;监控站;地面监测站; 注入站设有3.66m抛物面天线，1台C波段发射机和一台电子计算机。 其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。 注入站是无人值守的工作站，整个地面监控部分，除主控站外均无人值守。;注入站作用;地面监控系统工作流程 ;GPS卫星星座 ;GPS卫星编号方式;;;GPS卫星运行轨道;GPS卫星的主要作用： 在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）发送到卫星的导航电文和其他信号； 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，修正其在轨运行偏差及启用备用时钟等； 用L波段两个无线载波(19cm波段和20cm波段)连续不断的向广大用户发送导航定位信息，并用导航电文的形式提供卫星自身的现势位置与其他在轨卫星的概略位置，以便用户接收使用。 ;GPS卫星 主要设备 太阳能电池板 原子钟（2台铯钟、2台铷钟） 信号生成与发射装置 类型 试验卫星：Block Ⅰ 工作卫星：Block Ⅱ Block Ⅱ：存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力 Block ⅡA （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜 Block ⅡR （Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯 Block ⅡF（Follow On）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率 改善卫星Block Ⅲ（计划在2014年要发射 ） ;GPS卫星最根本的作用就是向用户发送用户所需要的信号和电文。既然如此，对卫星的寿命长短和时间的精确度就必须高度重视。GPS工作卫星的设计寿命是七年半，但从实验卫星的工作情况来看，使用寿命一般都会超过甚至远远超过设计寿命。 ;GPS 卫星改进;GPS卫星（试验卫星）;GPS卫星（工作卫星BLOCKⅡ,BLOCKⅡA,BLOCKⅡR,BLOCKⅡF）;;观测条件;;1.3用户接收部分; GPS接收机一般包括主机、天线单元和电源。 天线单元：由天线和前置放大器组成，灵敏度高，抗干扰性强。 接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成。 电源: 分为外接和内接电池（12V），机内还有一锂电池。;天线 前置放大器;GPS软件;GPS仪器厂家;图片：Trimble接收机;图片：徕卡(Leica)接收机;图片： Ashtech 、 JAVAD、 Thales 接收机;按用途;图片：大地型GPS接收机;图片：导航型GPS机;图片：GPS与GLONASS兼容的接收机;*;*;*;知识点回顾;1-2-2 卫星运行及卫星星历;知识回顾;2.1 卫星的运行;概 述;GPS定位对轨道精度的要求： 利用GPS卫星进行定位，要求达到目10-7的相对定位精度，则要求GPS卫星定轨的精度达到2m。交付民用的广播星历轨道误差为30m，对GPS基线测量的影响为1.2 × 10-6。对于高精度定位，必须提高卫星定轨精密。 对于卫星的精密定位来说 ，在只考虑地球质心引力的情况下计算卫星的运动状态是不能满足精度要求的，必须考虑摄动力对卫星运动状态的影响。 ;2.1.1理想情况下的卫星运动;2.1.2开普勒定律; ①开普勒第一定律 卫星运行的轨道为一椭圆，该椭圆有固定的形状和大小，椭圆的一个焦点与地球质心重合。此定律阐明了卫星运行轨道的基本形态及其与地心的关系。由万有引力定律可得卫星绕地球质心运动的轨道方程。r为卫星的地心距离，a为开普勒椭圆的长半径，e为开普勒椭圆的偏心率；v为真近点角，它描述了任意时刻卫星在轨道上相对近地点的位置，是时间的函数。; ②开普勒第二定律 卫星的地心向径在单位时间内所扫过的面积相等。 依据能量守恒定理，卫星运动过程中动能和势能为一常量，由此表明卫星在椭圆轨道上的运行速度是不断变化的，在近地点处速度最大，在远地点处速度最小。; ③开普勒第三定律 卫星运行周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，等于GM的倒数。 假设卫星运动的平均角速度为n，则n=2?/T，可得