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教案26(卫星导航系统 )

课题二十六、卫星导航系统 一、GPS系统概述 二、GPS系统组成 GPS是NAVSTAR global positioning system的简称,即导航星全球定位系统。利用多颗高轨道卫星,测量距离和距离变化率来精确测定用户位置、速度和时间等参数的卫星导航系统。船舶利用GPS接收机进行导航定位,其精度为100米,且使用方便。广泛应用于远洋船舶。 一、GPS系统概述 主要作用:二维定位及二维测速;或三维定位三维测速等。 优点:全球、全天候、实时、高精度定位。 缺陷:不能在水下定位;受人为因素影响大。 二、GPS系统组成 由空间系统(导航卫星)、地面控制系统(地面站)和用户(导航仪)三部分组成的。 1、导航卫星 组成:21颗工作卫星和3颗备用卫星。 轨道:6条圆形轨道,每条轨道上均匀分布4颗卫星。 轨道高度20183 km,轨道与天赤道交角为55°。 卫星绕地球飞行一周需要约12h(约合720 min)。 在地球上任何地点、任何时刻都可以至少看到5颗卫星(最多11颗),其中至少有4颗卫星仰角大于7°.5。 在地球上观测每颗卫星的时间约为1h,卫星每天通过地球上同一上空的时间约提前4 min。 卫星作用:接收来自地面站的信息(此信息包括卫星编号、卫星星历、环境情况、时间飘移量、电离层延迟改正等),向用户发送导航电文(导航信息)。 导航电文发射:频率L1=1575.42MHz,L2=1227.60MHz。 以连续编码脉冲信号的形式发射,编码信号为二进制伪随机噪声码,分为CA码(CA-clear acquisition)和P码(P-precision)两种。 GPS时间:GPS卫星时间系统采用的时间基准,以主控站的高精度原子钟作为时间基准。 GPS卫星:每颗重约845kg,圆柱形,直径约1.5m,工作寿命约为5~7年。 2、地面站 GPS的地面站分为主控站、监测站(跟踪站)、注入站。 (1)主控站 一个,美国科罗拉多州的斯普林斯综合航天中心, 作用:控制所有地面站的工作;产生GPS的标准时间信号;编制卫星星历、轨道参数、电离层延时改正、更新卫星等。 (2)监测站 有5个,科罗拉多的斯普林斯、太平洋的夏威夷、马绍尔群岛的夸贾林岛、印度洋的迪戈加西亚岛、南大西洋的阿森松岛。 作用:跟踪每一颗卫星,收集卫星数据,送到主控站。 (3)注入站 4个,美国的科得角、南大西洋的阿森松岛、太平洋的夸贾林岛和印度洋的迪戈加西亚岛。 作用:每隔8小时向每颗卫星注入一次新的导航信息。 GPS导航仪 按其功能分为Z型导航仪、Y型导航仪和X型导航仪。 Z型,只能接收CA码信号,适用于速度较慢的民用船舶。 Y型,接收CA码和P码信号,适用于航空和军用船舶。 X型,接收CA码和P码信号,适用于军用飞机和船舶。 1、GPS导航仪组成及作用 (1)接收天线 GPS导航仪的接收天线是长约20 cm的圆柱形,是一种有源天线,安装在主桅一定的高度位置。用于接收GPS卫星发射的信号。 (2)本机 本机是一台GPS导航仪的主体部分,由电路元器件(数据输入、信号放大处理、解码、数据测量计算、数据显示等),数据显示屏幕和操作键盘等组成。主要作用是输入数据、对接收信号进行放大处理、解码、测量计算、显示数据等。 (3)电源 GPS的电源部分由变压器和有关电子器件组成,其作用是将船电转换为天线和本机各部分所需要的电源。有的型号GPS导航仪的电源部分电子器件,直接安放在本机内。 2、GPS导航仪启动方式 GPS导航仪开机方式一般分为冷启动、热启动和重新启动三种。 (1)冷启动 定义:一台导航仪安装后第一次开机使用,或停机3个月以上(有的导航仪6个月以上)时再次开机,或停机后位置变化100英里以上(有的导航仪位置变化600 n mile以上)时再次开机,称为冷启动。 方法:导航仪须进行初始化输入,即需要输入推算船位经纬度、时间、天线高度、HDOP等数据后,导航仪需要有哪些信誉好的足球投注网站卫星,重新收集历书,约30 min后,才开始自动定位。冷启动输入时间的误差不应超过15 min(有的导航仪要求不超过1h),输入船位经纬度的误差不应超过1°(有的导航仪要求不超过10°)。若HDOP数值范围为00~99,二维定位(船舶定位)时,一般设定为10。 (2)热启动 定

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