[其它]典型衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)及其應(yīng)用(已修改)
2025-04-26 00:40 本頁面
【正文】 第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)及其應(yīng)用 2 回顧與提問 簡述常用導(dǎo)航方法。 簡述衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的定義、組成。 簡述衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的工作原理。 簡述鐘差、偽距與偽距變化率的概念。 簡述衛(wèi)星導(dǎo)航定位中基本觀測量的測量方法。 簡述衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中用戶位置與速度解算的基本過程。 第一節(jié) 美國 GPS系統(tǒng) 4 ? GPS系統(tǒng)由空間部分 、 地面控制部分和用戶設(shè)備三部分組成 。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 5 (1) GPS系統(tǒng)的空間部分 ? 由 21顆工作衛(wèi)星和 3顆備用衛(wèi)星組成 ， 24顆衛(wèi)星分布在 6個軌道傾角為 55176。 、 半長軸約為 26609km、 軌道偏心率為 ， 軌道周期約為 11小時 58分 。 衛(wèi)星的分布使得地球上任何地方在任何時候都能看到至少 4顆衛(wèi)星 (通常都能觀測到 5～ 8顆衛(wèi)星 ) 。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 60? 26609km 55? 6 各代 GPS Block II衛(wèi)星的發(fā)展過程 MHz 發(fā) 展 過 程 軍用信號（ P(Y)碼） 軍用信號（ M碼） 民用信號 C/A碼 II/IIA/IIR IIRM/IIF SV1~6 IIF SV7~ ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 7 (2) GPS系統(tǒng)的地面控制部分 ? 地面控制部分具有跟蹤 、 計算 、 更新及監(jiān)視功能 ，可以根據(jù)每一天的要求控制系統(tǒng)中所有的衛(wèi)星 ， 它由設(shè)在美國科羅拉多州斯普林斯 (Springs)的主控制站 (MCS)和 5個相距很遠(yuǎn)的監(jiān)測站所組成 ， 除夏威夷監(jiān)測站 ， 其它 4個監(jiān)測站兼作上行注入站 ， 其中科羅拉多州斯普林斯并址建設(shè)了主控站 、 監(jiān)測站和注入站 。 DIEGO GARCIA COLORADO SPRINGS CAPE CANAVERAL ASCENSION HAWAII KWAJALEIN Master Control Station (1) Monitor Station (11) Ground Antenna (4) ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 8 GPS系統(tǒng)控制部分中各類站的主要功能及相互間工作關(guān)系示意圖 調(diào)制 解調(diào)器 氣象傳感器 數(shù)據(jù)處理機 監(jiān)測站 計算誤差 觀測星歷 與時鐘 編算注入 導(dǎo)航電文 銫鐘 主控站 數(shù)據(jù)存儲器和外部設(shè)備 數(shù)據(jù) 處理機 指令發(fā)生器 高功率 發(fā)生器 調(diào)制解調(diào)器 注入站 接收機 G PS 衛(wèi)星 G PS 衛(wèi)星 21 LL ， S 波段 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 9 GPS系統(tǒng)的地面控制部分 ? 監(jiān)測站跟蹤視野內(nèi)的所有衛(wèi)星 ， 計算它們的距離和多普勒數(shù)據(jù) 。 并把這些數(shù)據(jù)傳輸給主控站 。 ? 注入站負(fù)責(zé)將導(dǎo)航電文注入 GPS衛(wèi)星 。 ? 主控站一天 24小時從監(jiān)測站接收數(shù)據(jù) ， 用以確定衛(wèi)星是否有時鐘或者年歷變化以及檢測設(shè)備功能是否正常 。 主控站根據(jù)監(jiān)測結(jié)果 ， 計算出衛(wèi)星的星歷 、 時鐘漂移和傳播時延 ， 然后產(chǎn)生上行鏈路報文 。 這些更新的信息被傳送到衛(wèi)星存儲器 ， 再作為導(dǎo)航電文的一部分由衛(wèi)星傳給用戶 ， 每天至少傳三次 。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 10 (3) GPS系統(tǒng)的用戶部分 ? GPS用戶部分是指所有用戶裝置及其支持設(shè)備的集合 。 ? GPS系統(tǒng)是一個無源導(dǎo)航系統(tǒng) ， 用戶終端是一個單收系統(tǒng) ， 無需發(fā)送射頻信號 。 ? 典型的用戶設(shè)備包括一部天線 、 一部 GPS接收機/處理器 、 計算機和 CDU(控制和顯示單元 )等 4個主要部件 。 這些設(shè)備捕獲并跟蹤視野內(nèi) 4顆或更多顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號 ， 測出到這些衛(wèi)星的偽距和偽距率 ， 從而計算出用戶的三維位置 、 速度和系統(tǒng)時間 。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 11 典型 GPS接收機的結(jié)構(gòu) 前置濾波/放大 天線 RF/IF下變頻 AD 頻率合成器 基準(zhǔn)頻率振蕩器 通道 1 通道 2 通道 N . . . 導(dǎo)航處理器 RTC 顯示控制單元 電源 至 DSP處理 非易失存儲器 接收單元 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 12 2. GPS系統(tǒng)提供的定位服務(wù)及特點 ?GPS提供兩種導(dǎo)航定位業(yè)務(wù)：民用的標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù) (SPS)和軍用的精確定位業(yè)務(wù) (PPS)。 – PPS授權(quán)的精密定位系統(tǒng)用戶需要密碼設(shè)備和特殊的接收機 。 PPS的精度為：水平精度22米 ， 垂直精度 27米 ， 時間精度 200納秒 。 – SPS業(yè)務(wù)可供全世界用戶免費 、 無限制地使用 。 SPS的精度為：水平精度 100米 ， 垂直精度 156米 ， 時間精度 340納秒 。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 13 ? GPS接收機利用無源三角測量原理實現(xiàn)定位和授時。在 GPS系統(tǒng)中衛(wèi)星位置是已知的，利用測得的到四顆 GPS衛(wèi)星的偽距就能確定用戶的位置和時間。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 3. GPS系統(tǒng)的工作原理 14 GPS接收機的工作過程 ? GPS用戶設(shè)備首先從所有可視的導(dǎo)航衛(wèi)星中選擇最有利的 4顆衛(wèi)星 ， 用本地時鐘測量各顆衛(wèi)星信號的偽距 ， 根據(jù)接收到的導(dǎo)航電文計算出各顆衛(wèi)星的位置 ， 并利用接收到的星歷和時鐘校正參數(shù)與 GPS時鐘同步 。 然后再確定用戶在以笛卡爾球心 、 地球固定的 WGS84坐標(biāo)系中的三維位置 ， 并通過計算 4個距離方程式的聯(lián)立解 ， 確定用戶時鐘和 GPS時間的偏移量 。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 15 ? 假設(shè) t時刻在地面待測點上安置 GPS接收機 ， 就能測量出衛(wèi)星發(fā)射的 GPS信號到達(dá)接收機所經(jīng)歷的時間 △ t， 再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)就可以得到如下四個方程式： ? 由以上四個方程即可解算出待測點的坐標(biāo) x、 y、 z 和接收機的鐘差 Vto。 ?第六講 典型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用 第一節(jié) GPS系統(tǒng) 16 ? 接收機是通過測量 GPS信號的傳播時延來實現(xiàn)偽距測量的 。 ? GPS信號是一個專用的擴頻信號 ， 每顆衛(wèi)星
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