卫星导航系统-第5讲-系统与信号-1-GPS系统组成及各部分的作用以及部分GPS卫星信号

4个卫星导航系统的结构都非常相似

总体结构

空间段：

主要是指GPS卫星轨道和星座

基本参数：

卫星数：21 +3

轨道数：6（每个轨道卫星数量4个）

倾角：55°（卫星轨道与赤道的夹角）

轨道平面间距：60°

运行周期：11h58min（一个恒星日）

卫星轨道高度（km）：20200（从地心算的话是26000多）

卫星从地平线升起到落下大概是五个小时左右！！！

GPS卫星在轨分布

 定义：卫星自南向北运动，穿过赤道平面时，和赤道平面的交点，这点称为升交点。

升交点跟赤经相差60度，每个轨道面；每根轨道上有4颗卫星，且分布不均匀，其中有两颗卫星的夹角在30度，另外两颗跟这两颗卫星的夹角在90度和130度之间；

这种分布方式的好处：

1、保证了卫星的最佳可视性，即在地球上能够观测到的卫星的数量；

2、当有某颗卫星发生故障时对整个系统的影响最小，保证系统工作的稳定性；

3、每个轨道面上的4颗卫星呈不均匀分布；

4、在较高维度地区有一定冗余的卫星可供观测；

不同地区可见卫星的数量

在不同维度的情况下可观测到的卫星概率

 第一个图说明了，在维度0，可观测到9个卫星的概率为60%。以此类推。

GPS卫星作用

接收、存储导航电文；

生成并发送用于导航定位的信号；

接收地面指令，执行相应的卫星调度命令，如改正运行偏差、调整卫星姿态或启用时钟等命令；

其他特殊用途；

主要星上设备

太阳能电池板；

原子钟；

信号生成与发射装置；

GPS的历史

 现代卫星从Block IIR-M开始！

GPS卫星

当整个卫星星座完全由Block II-R卫星和Block II-F卫星组成时，整个系统可按下列三种方式进行工作：

在地面控制系统支持下按常规方式工作。

按自主定轨方式工作，但地面控制部分每月对卫星星历进行一次更新，以控制误差的积累；

完全按自主导航方式工作，不依靠地面控制系统的支持。此外，注入站还能够自动地向主控站发射信号，每分钟报告一次它的工作状态。

GPS卫星编号

PRN编号（伪随机码编号）：根据卫星所采用的PRN码编号。当前GPS系统拥有31颗在轨卫星，采用2~32的PRN码编号；

地面段

 主控站

作用：管理、协调地面监控系统各部分的工作，收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星，监控卫星状态，向卫星发送控制指令；卫星维护与异常情况的处理；

地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地；

监测站

作用：接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫星，并将收集到的数据传送给主控站；

注入站

作用：将导航电文注入GPS卫星；

卫星飞越注入站上空的时候，把导航电文发送给到卫星；

 用户段

GPS中唯一一个未定义和不受控制的部分。主要是指GPS接收机；

接收机分类（用途）：

车载型：用于车辆导航定位；

航海型：用于船舶导航定位；

航空型：用于飞机导航定位；

星载型：用于卫星导航定位；

上面称为导航型的；

测地型：用于大地测量；

授时型：用于提供时间基准；

按照接收机能够处理的频段的数量来分类（载波频率）：

单频接收机：单频接收机只能接收L1载波信号，不能消除电离层误差；

双频接收机：双频接收机可以同时接收L1、L2载波信号。利用不同频率对电离层延迟的差别，可以消除电离层延迟的影响。

还有多频接收机.....

接收机分类（通道数）

多通道接收机（一个通道可以处理一个卫星的信号，多个通道可以同时处理多个卫星的信号）

序贯通道接收机（通常只有一个通道，通过时分复用的方式来处理）

多路多用通道接收机（前面两种接收机的综合）

接收机分类（工作原理）

码相关型接收机：利用码相关技术得到伪距观测值；

平方型接收机（主要针对L2载频来说的）：利用载波信号的平方技术去掉调制信号，来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。

混合型接收机：综合上述两种接收机的优点，即可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

干涉接收机：将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。

GPS接收机基本结构：

天线模块：作用是放大接收到的GPS信号；

 接收机体系结构发展

 Radio：接收机？ 无线电广播; 无线电广播节目; 收音机; 无线电传送; 无线电通信

 

 GPS卫星信号

了解GPS信号的结构，以及这种结构里面有什么信息呢，以及这些信息的特点

下面图中13.87度是卫星发射的能够覆盖地球的角度；通过卫星到地球的距离以及地球的半径来计算；

21.3度是L1频段发射的覆盖的角度；L2大约30度左右；

 

 GPS导航定位系统本质上是一种无线电导航定位系统。只不过发送信号的不是地面上固定的电台，而是空中运动的卫星。接收机收到卫星发送的信号，经过处理能测定信号传播的时间，解算出距离，再确定接收机的位置。GSP接收机通过接收卫星发射的信号进行定位导航，系统定位精度与卫星发射的信号有着密切的关系。

GPS信号应具备的功能特点：

1）确保系统精度，完成卫星的多址区分；

2）能在一定程度的多径干扰下正常工作；

3）能容许一定电平的随机或故意干扰、堵塞或模仿GPS信号的欺骗干扰；

GPS卫星发射的信号采用直接序列扩频调制体制，在发送端对导航电文进行扩频调制和载波调制在接收端利用信号的相关性予以解调。

GPS信号基本构成：

GPS信号包括三种信号分量：载波、测距码和数据码（导航电文）。

 P主要是测距码；D码主要是数据码；L1/L2为载波；