无人机导航定位技术资料包（含）_无人机导航定位技术五.pptxVIP

第四章卫星导航系统;;;;2．卫星

GPS卫星为无线电收/发信机、原子钟、计算机及系统工作的各种辅助装置提供了一个平台。24颗卫星的电子设备支持用户测量该卫星的伪距离PR，而每颗卫星广播的信号则可使用户测定该卫星在任何时刻的空间位置，据此，用户便能确定他们自己的位置。

每颗卫星的辅助设备包括两块7㎡太阳能电源帆板和用于轨道调整与稳定性控制的推进系统。

所有卫星均有各种识别系统：发射序号、分配的伪码编号PRN、轨道位置编号、NASA（美国国家航空航天管理局）产品编号和国际命名等。为避免混乱，并保持与卫星导航电文的一致性，主要使用伪码编号PRN这种识别形式。;控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成，主要任务是：跟踪所有的卫星以进行轨道和时钟测定，预测修正模型参数，卫星时间同步和为卫星加载数据电文等。选择可用性（SA）的大小也由控制部分控制。通常，SA总是处于接通状态，但其影响却可以降低到零。;1．主控站

主控站早期位于加州范登堡空军基地，现在早已迁到空间联合工作中心（CSOC）。该中心位于科罗拉多州，福尔肯（Falcon）空军基地。CSOC从各监测站收集跟踪数据，计算卫星的轨道和钟参数，然后，将这些结果送到3个地面控制站中，以便最终向卫星加载数据。此外，卫星控制和系统工作也是主控站的责任。;2．监测站

5个监测站分别设在：夏威夷、科罗拉多斯普林斯、阿森松岛（南大西洋）、迭戈加西亚岛（印度洋）和夸贾林环礁（北太平洋马绍尔）群岛。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星伪距的接收机。所测伪距每15s更新一次，利用电离层和气象数据，每15min进行一次数据平滑，然后发送给主控站。;3．地面控制站

地面控制站有时也称作地面天线（GA），它们分别与设在阿林松、迭戈加西亚和夸贾林的监测站共置。地面控制站与卫星之间有通信链路，主要由地面天线组成。由主控站传来的卫星星历和钟参数以S波段射频链上行注入到各个卫星。以前，上行注入是每天3次，现在，则每天一次或两次。如果某地面站发生故障，那么，在各卫星中预存的导航信息还可用一段时间???但导航精度却会逐渐降低。;4.1.4GPS系统的特点;;;;多用途

由于GPS具有全天候、全球覆盖和高精度的优良性能，可广泛用于陆、海、空、天各类军民载体的导航定位、精密测量和授时服务，在军事和国民经济各部门，乃至个人生活中，都有着极其广阔的应用前景，曾在海湾战争期间大显神通。实际上，随着微电子和计算机技术的飞速发展，GPS应用已迅速扩展到国民经济的各行各业，不再局限于传统的导航定位。;GPS系统发展简史

整个系统的建设分三阶段实施。

第一阶段：1973～1979年系统原理、方案研究（含设备研制）；

第二阶段：1979～1983年系统试验研究（对系统设备进行试验）；

第三阶段：1983～1988年系统应用研究（设备定型投产）。

;4.2GPS系统的定位原理;要正确描述卫星的位置：

必须首先描述卫星运动的轨道平面在空间的位置；

其次，必须描述卫星在轨道平面上作椭圆运动时椭圆的形状；

第三，必须描述卫星在椭圆轨道上的瞬时位置。

;天球、天球亦道和天球黄道;基本轨道参数;;GPS伪码测距原理;;;4.3GPS的信号结构和导航电文;1.GPS卫星信号的组成

确定卫星位置和GPS时间等的参数都是以卫星信号的形式广播给用户的，卫星上有一台日稳定度为10-13的铯原子钟，其振荡器产生f0=1023MHz的基本频率。卫星工作在L波段，为校正电离层折射引入的附加传播时延，系统采用双频体制，即用了L波段的两个载频信号，分别为L1和L2，它们是基准频率f0的整数倍，关系为

fL1=154f0=157542MHz

fL2=120f0=12276MHz;卫星向用户广播的导航信号包括：

1)卫星星历及星钟校正参数；

2)测距时间标记；

3)大气附加延迟校正参数；

4)与导航有关的信息。

这些信息统称数据信息，它们是以不归零二进制编码脉冲的数码形式传送给用户的。

数据位速率为50Hz，每个码位占时20ms。这种码由状态+1或-1的序列构成，+1或-1分别与二进制0或1对应。;;;4.3.2GPS的导航电文

;每个子帧均以遥测字TLM打头，后跟一个转换字HOW。;4.4精密时间同步;4.4.2时间的计量及其计量标准的传递

;4.4.3时钟同步的方法及其发展

时钟同步也叫“对钟”。要把分布在各地的时钟对准（同步起来），最直观的方法就是搬钟，可用一个标准钟作搬钟，使各地的钟均与标准钟对准。或者使搬钟首先与系统的标准时钟对准，然后使系统中的其他时钟与搬钟比对，实现系统其他时钟与系统统一标准时钟同步。所谓系统中各时钟的同步，并不要求各时钟完全与统一标准时钟对齐。