GPS定位系統(tǒng)與信號(hào)

GPS定位系統(tǒng)與信號(hào)1-2-1GPS系統(tǒng)組成1-2-2衛(wèi)星運(yùn)行及衛(wèi)星星歷1-2-3GPS衛(wèi)星信號(hào)及信號(hào)的接收目前一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)復(fù)習(xí)：空間星座部分GPS空間星座的組成：GPS衛(wèi)星星座24顆衛(wèi)星（21顆工作衛(wèi)星+3顆在軌備用衛(wèi)星）；6個(gè)軌道面；軌道平均高度20200km（衛(wèi)星距離地球表面高度）；軌道傾角55°，各軌道面之間相距60°；軌道周期約為12恒星時(shí)（11小時(shí)58分）；位于地平線以上衛(wèi)星顆數(shù)4-11顆。目前二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1-2-1GPS系統(tǒng)的組成GPS定位系統(tǒng)的三大部分：目前三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

空間星座部分——GPS衛(wèi)星星座

地面監(jiān)控部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)

用戶(hù)部分——GPS接收機(jī)和用戶(hù)目前四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司三個(gè)注入站：阿松森(Ascencion) 迭哥?伽西亞(DiegoGarcia) 卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷(Hawaii)地面監(jiān)控站的分布組成1.1地面監(jiān)控部分目前五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)阿松森迭哥?伽西亞卡瓦加蘭科羅拉多夏威夷一個(gè)主控站：科羅拉多?斯平士（ColoradoSprings）三個(gè)注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測(cè)站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷（Hawaii)目前六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星作為一種動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)，其位置可通過(guò)衛(wèi)星發(fā)送的“表述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及軌道參數(shù)”的衛(wèi)星星歷算出來(lái)，衛(wèi)星星歷時(shí)由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供。目前七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)主控站主控站設(shè)在美國(guó)本土科羅拉多州斯平土（ColoradoSprings）作用：收集數(shù)據(jù)：收集各監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)獲得的偽距和積分多普勒觀測(cè)值、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象、監(jiān)測(cè)站自身狀態(tài)以及參考星歷等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理：根據(jù)收集的數(shù)據(jù)計(jì)算各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星狀態(tài)、時(shí)鐘改正、大氣傳播改正等，將這些數(shù)據(jù)按一定格式編制成導(dǎo)航電文，并將導(dǎo)航電文傳送給注入站。目前八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)：一是承擔(dān)控制和協(xié)調(diào)各監(jiān)測(cè)站和注入站的工作；二是監(jiān)測(cè)整個(gè)地面監(jiān)控系統(tǒng)是否正常，檢查注入衛(wèi)星的電文是否正確，監(jiān)控衛(wèi)星是否按預(yù)定狀態(tài)將電文發(fā)送給用戶(hù)。調(diào)度衛(wèi)星：修正衛(wèi)星的運(yùn)行軌道，調(diào)用備用衛(wèi)星去接替失效衛(wèi)星的工作。目前九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)主控站星歷編算第一步：編算參考星歷第二步：編算注入星歷目前十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)廣播星歷主控站根據(jù)監(jiān)測(cè)站對(duì)每顆可見(jiàn)GPS衛(wèi)星的軌道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，編算參考星歷。依靠參考星歷，外推出26小時(shí)軌道弧段的全部數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)由注入站注入到衛(wèi)星，再由衛(wèi)星發(fā)送給用戶(hù)這些外推出的星歷被稱(chēng)為廣播星歷，也叫做預(yù)報(bào)星歷，精度一般為20~40m左右，有時(shí)為60~80m。目前十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)精密星歷（IGS星歷）用于測(cè)定高精度數(shù)據(jù)官方精密星歷:只提供給國(guó)內(nèi)和國(guó)外特許用戶(hù)；CIGNET國(guó)際定軌網(wǎng)：專(zhuān)門(mén)測(cè)量GPS衛(wèi)星精密星歷；全球GPS多用網(wǎng)例：GIG91網(wǎng)，建立全球近200個(gè)跟蹤站，觀測(cè)兩星期后提供后處理IGS星歷，其精度為5cm。IGS最終星歷是一種易于獲取并應(yīng)用廣泛的高精度后處理行李（精密星歷）。目前十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)監(jiān)控站

監(jiān)控站是無(wú)人值守的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，其位置經(jīng)精密測(cè)定其主要作用是接收衛(wèi)星信號(hào)、監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)。監(jiān)控站根據(jù)其接收到的衛(wèi)星擴(kuò)頻信號(hào)求出相對(duì)于其原子鐘的偽距和偽距差，檢測(cè)出所測(cè)衛(wèi)星的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)。利用環(huán)境傳感器測(cè)出當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)平滑后，算出每2min間隔的觀測(cè)值并傳送給主控站。監(jiān)控站的作用

監(jiān)控站偽距導(dǎo)航數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)衛(wèi)星狀態(tài)數(shù)據(jù)主控站測(cè)量傳送目前十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)監(jiān)控站監(jiān)控站設(shè)備：一臺(tái)雙頻接收機(jī)；一臺(tái)高精度原子鐘；一臺(tái)計(jì)算機(jī)；若干臺(tái)環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器；目前十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地面監(jiān)測(cè)站目前十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

注入站設(shè)有3.66m拋物面天線，1臺(tái)C波段發(fā)射機(jī)和一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。其主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲(chǔ)器中，供衛(wèi)星向用戶(hù)發(fā)送。

注入站是無(wú)人值守的工作站，整個(gè)地面監(jiān)控部分，除主控站外均無(wú)人值守。監(jiān)控系統(tǒng)工作程序

注入站目前十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)注入站作用將導(dǎo)航電文注入衛(wèi)星中每天注入一次每次為14天的衛(wèi)星星歷因此，即便是地面監(jiān)控系統(tǒng)停止注入，衛(wèi)星仍能繼續(xù)發(fā)送導(dǎo)航電文14天，但時(shí)間越長(zhǎng)，精度越低。目前十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地面監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

目前十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星星座由空間運(yùn)行的多顆衛(wèi)星按一定的規(guī)則組成的GPS衛(wèi)星星座。1.2空間衛(wèi)星部分目前十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星編號(hào)方式按衛(wèi)星發(fā)射的先后順序編號(hào)；根據(jù)GPS衛(wèi)星所采用的偽隨機(jī)噪聲碼PRN編號(hào)；根據(jù)美國(guó)和加拿大聯(lián)合組成的北美空軍指揮部給定的內(nèi)部距離操作碼IRON編號(hào)；根據(jù)美國(guó)航空航天局在其序列文件中編的NASA編號(hào)；根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射年代與該年代中的發(fā)射序列編的識(shí)別號(hào)。PRN編號(hào)用于導(dǎo)航定位識(shí)別碼用于供用戶(hù)查詢(xún)衛(wèi)星有關(guān)數(shù)據(jù)目前二十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前二十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前二十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星運(yùn)行軌道GPS衛(wèi)星運(yùn)行軌道近于圓形，軌道平均高度20200km（衛(wèi)星距離地球表面高度）；軌道傾角55°，各軌道面之間相距60°，軌道周期約為12恒星時(shí)（11小時(shí)58分）；GPS衛(wèi)星升起地平線10°以后可用于定位測(cè)量，GPS實(shí)際觀測(cè)弧段為132°。

思考：GPS衛(wèi)星軌道的高度為什么在2萬(wàn)多KM？工作衛(wèi)星之所以采用二萬(wàn)公里高近于圓形的軌道，一方面是為了增大覆蓋面積，另一方面是為了使覆蓋均勻，從而達(dá)到信號(hào)強(qiáng)度均勻、接收時(shí)間也均勻的目的目前二十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星的主要作用：在衛(wèi)星飛越注入站上空時(shí)，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其他信號(hào)；接收地面主控站通過(guò)注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令，修正其在軌運(yùn)行偏差及啟用備用時(shí)鐘等；用L波段兩個(gè)無(wú)線載波(19cm波段和20cm波段)連續(xù)不斷的向廣大用戶(hù)發(fā)送導(dǎo)航定位信息，并用導(dǎo)航電文的形式提供衛(wèi)星自身的現(xiàn)勢(shì)位置與其他在軌衛(wèi)星的概略位置，以便用戶(hù)接收使用。24目前二十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星主要設(shè)備太陽(yáng)能電池板原子鐘（2臺(tái)銫鐘、2臺(tái)銣鐘）信號(hào)生成與發(fā)射裝置類(lèi)型

試驗(yàn)衛(wèi)星：BlockⅠ工作衛(wèi)星：BlockⅡBlockⅡ：存儲(chǔ)星歷能力為14天，具有SA和AS地能力BlockⅡA（Advanced）：衛(wèi)星間可相互通訊，存儲(chǔ)星歷能力為180天，SV35和SV36帶有激光反射棱鏡BlockⅡR（Replacement/Replenishment）：衛(wèi)星間可相互跟蹤相互通訊BlockⅡF（FollowOn）：新一代的GPS衛(wèi)星,增設(shè)第三民用頻率

改善衛(wèi)星BlockⅢ（計(jì)劃在2014年要發(fā)射

）25目前二十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星最根本的作用就是向用戶(hù)發(fā)送用戶(hù)所需要的信號(hào)和電文。既然如此，對(duì)衛(wèi)星的壽命長(zhǎng)短和時(shí)間的精確度就必須高度重視。GPS工作衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命是七年半，但從實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的工作情況來(lái)看，使用壽命一般都會(huì)超過(guò)甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)壽命。目前二十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星改進(jìn)目前二十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星（試驗(yàn)衛(wèi)星）BlockⅠ衛(wèi)星BlockⅠ試驗(yàn)衛(wèi)星也稱(chēng)原型衛(wèi)星，衛(wèi)星重774KG，設(shè)計(jì)壽命為5年。28目前二十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星（工作衛(wèi)星BLOCKⅡ,BLOCKⅡA,BLOCKⅡR,BLOCKⅡF）BlockⅡ衛(wèi)星BLOCKⅡ衛(wèi)星重約1.5T，設(shè)計(jì)壽命為7.5年，平均使用時(shí)間預(yù)期為6年。29目前二十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前三十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前三十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)觀測(cè)條件GPS衛(wèi)星的空間布局和運(yùn)行速度決定了地面觀測(cè)者具備下列觀測(cè)條件：（1）同一衛(wèi)星每天可提前四分鐘出現(xiàn)，其在地平線以上的可見(jiàn)運(yùn)行時(shí)間為五小時(shí)。（2）由于觀測(cè)者所處的位置和時(shí)間的不同，可同時(shí)觀測(cè)的衛(wèi)星個(gè)數(shù)也各異，但最少能觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，最多可觀測(cè)到11顆。

目前三十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)（3）GPS定位精度與被觀測(cè)衛(wèi)星的位置分布有關(guān)。對(duì)于只能觀測(cè)到4顆衛(wèi)星的情況，因在這一時(shí)間段內(nèi)別無(wú)選擇，其定位精度一般較差，這個(gè)短暫的時(shí)間段稱(chēng)為“時(shí)間間隙段”。在時(shí)間間隙段內(nèi)須用新型的GPS/GLONASS集成式接收機(jī)同時(shí)接收GPS信號(hào)和GLONASS信號(hào)才能消除“間隙段”的影響?！伴g隙段”僅出現(xiàn)在極少數(shù)地區(qū)，而廣大范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)這種情況。目前三十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1.3用戶(hù)接收部分

用戶(hù)設(shè)備部分用戶(hù)接收部分的基本設(shè)備，就是GPS信號(hào)接收機(jī)，其作用是接收、跟蹤、變換和測(cè)量GPS衛(wèi)星所發(fā)射的GPS信號(hào)，以達(dá)到導(dǎo)航和定位的目的。GPS信號(hào)接收機(jī)機(jī)內(nèi)軟件數(shù)據(jù)后處理軟件目前三十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS接收機(jī)一般包括主機(jī)、天線單元和電源。天線單元：由天線和前置放大器組成，靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)。接收機(jī)主機(jī)由變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器及顯示器組成。電源:分為外接和內(nèi)接電池（12V），機(jī)內(nèi)還有一鋰電池。GPS接收機(jī)目前三十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)天線前置放大器GPS信號(hào)接收機(jī)射電部分微處理器電源部分?jǐn)?shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號(hào)信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制GPS接收機(jī)目前三十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS軟件軟件部分是構(gòu)成現(xiàn)代GPS測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分之一。一般來(lái)說(shuō)，軟件包括內(nèi)軟件和外軟件。內(nèi)軟件是指裝在存儲(chǔ)器內(nèi)的自測(cè)試軟件、衛(wèi)星預(yù)報(bào)軟件、導(dǎo)航電文解碼軟件、GPS單點(diǎn)定位軟件或固化在中央處理器中的自動(dòng)操作程序等。這類(lèi)軟件已和接收機(jī)融為一體。而外軟件主要是指GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)后處理軟件包。目前三十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS儀器廠家目前生產(chǎn)GPS測(cè)量?jī)x器的廠家有幾十家，產(chǎn)品有幾百種，但擁有較為成熟產(chǎn)品的不外乎幾家，在我國(guó)測(cè)繪市場(chǎng)占有份額較大的有Trimble（天寶）、Leica（萊卡）、Ashtech（阿什泰克）、Javad（Topcon）、Thales（DSNP）加拿大諾瓦太（NoVAteL）等。目前三十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖片：Trimble接收機(jī)目前三十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖片：徠卡(Leica)接收機(jī)目前四十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖片：

Ashtech、JAVAD、Thales

接收機(jī)目前四十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)按用途按接收機(jī)結(jié)構(gòu)分類(lèi)

按接收機(jī)作業(yè)模式按載波頻率

GPS接收機(jī)分類(lèi)分體式接收機(jī)、整體式接收機(jī)、手持式接收機(jī)目前四十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖片：大地型GPS接收機(jī)單頻機(jī)L1雙頻機(jī)L1+L2目前四十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖片：導(dǎo)航型GPS機(jī)手持型GPS機(jī)目前四十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖片：GPS與GLONASS兼容的接收機(jī)目前四十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)水上測(cè)量/導(dǎo)航用GPS系統(tǒng)46目前四十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)個(gè)人旅游休閑及戶(hù)外運(yùn)動(dòng)用GPS產(chǎn)品47目前四十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)帶電子地圖的導(dǎo)航型GPS接收機(jī)48目前四十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)回顧GPS系統(tǒng)組成；GPS衛(wèi)星的作用；GPS地面監(jiān)控部分的組成；地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的功能。目前四十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1-2-2衛(wèi)星運(yùn)行及衛(wèi)星星歷2.1衛(wèi)星的運(yùn)行2.2衛(wèi)星星歷目前五十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)知識(shí)回顧GPS系統(tǒng)的組成部分地面監(jiān)控部分的組成部分主控站的作用空間衛(wèi)星部分的作用目前五十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.1衛(wèi)星的運(yùn)行主要內(nèi)容：

理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)開(kāi)普勒定律衛(wèi)星運(yùn)行的軌道參數(shù)

真近點(diǎn)角V的計(jì)算

衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)（攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星的影響）目前五十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)概述問(wèn)題的提出

①研究GPS軌道運(yùn)動(dòng)理論是運(yùn)用GPS衛(wèi)星定位的必須條件；

②描述衛(wèi)星空間運(yùn)行軌跡需要衛(wèi)星軌道參數(shù)；

③軌道參數(shù)取決于衛(wèi)星所受各種力的作用。

因此，研究衛(wèi)星的受力是研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡的基礎(chǔ)。目前五十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS定位對(duì)軌道精度的要求：利用GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位，要求達(dá)到目10-7的相對(duì)定位精度，則要求GPS衛(wèi)星定軌的精度達(dá)到2m。交付民用的廣播星歷軌道誤差為30m，對(duì)GPS基線測(cè)量的影響為1.2×10-6。對(duì)于高精度定位，必須提高衛(wèi)星定軌精密。對(duì)于衛(wèi)星的精密定位來(lái)說(shuō)，在只考慮地球質(zhì)心引力的情況下計(jì)算衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不能滿(mǎn)足精度要求的，必須考慮攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。目前五十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.1.1理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)

所謂理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)是將地球視作勻質(zhì)球體，且不顧其他攝動(dòng)力的影響，衛(wèi)星只是在地球質(zhì)心引力作用下而運(yùn)動(dòng)。研究意義：

衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的第一近似描述；唯一能得到嚴(yán)密分析解的運(yùn)動(dòng)；全部作用下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)更精確解的基礎(chǔ)。目前五十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.1.2開(kāi)普勒定律開(kāi)普勒（JohannesKepler）國(guó)籍:

德國(guó)生卒日期:1571.12.27－1630.11.15主要成就:

發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三定律衛(wèi)星在地球引力場(chǎng)中的無(wú)攝運(yùn)動(dòng)成為開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律顆用開(kāi)普勒三要素描述。目前五十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

①開(kāi)普勒第一定律衛(wèi)星運(yùn)行的軌道為一橢圓，該橢圓有固定的形狀和大小，橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)與地球質(zhì)心重合。此定律闡明了衛(wèi)星運(yùn)行軌道的基本形態(tài)及其與地心的關(guān)系。由萬(wàn)有引力定律可得衛(wèi)星繞地球質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的軌道方程。r為衛(wèi)星的地心距離，a為開(kāi)普勒橢圓的長(zhǎng)半徑，e為開(kāi)普勒橢圓的偏心率；v為真近點(diǎn)角，它描述了任意時(shí)刻衛(wèi)星在軌道上相對(duì)近地點(diǎn)的位置，是時(shí)間的函數(shù)。abMms近地點(diǎn)遠(yuǎn)地點(diǎn)Vr目前五十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

②開(kāi)普勒第二定律衛(wèi)星的地心向徑在單位時(shí)間內(nèi)所掃過(guò)的面積相等。

依據(jù)能量守恒定理，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能為一常量，由此表明衛(wèi)星在橢圓軌道上的運(yùn)行速度是不斷變化的，在近地點(diǎn)處速度最大，在遠(yuǎn)地點(diǎn)處速度最小。近地點(diǎn)地心遠(yuǎn)地點(diǎn)目前五十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)③開(kāi)普勒第三定律

衛(wèi)星運(yùn)行周期的平方與軌道橢圓長(zhǎng)半徑的立方之比為一常量，等于GM的倒數(shù)。假設(shè)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的平均角速度為n，則n=2/T，可得當(dāng)開(kāi)普勒橢圓的長(zhǎng)半徑確定后，衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度也隨之確定，且保持不變。目前五十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.1.3衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道參數(shù)

a為軌道的長(zhǎng)半徑,e為軌道橢圓偏心率，這兩個(gè)參數(shù)確定了開(kāi)普勒橢圓的形狀和大小。為升交點(diǎn)赤經(jīng)：即地球赤道面上升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的地心夾角。i為軌道面傾角：即衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面之間的夾角。這兩個(gè)參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對(duì)定向。yxz軌道春分點(diǎn)升交點(diǎn)近地點(diǎn)衛(wèi)星地心赤道iv目前六十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)yxz軌道春分點(diǎn)升交點(diǎn)近地點(diǎn)衛(wèi)星地心赤道iv為近地點(diǎn)角距：即在軌道平面上，升交點(diǎn)與近地點(diǎn)之間的地心夾角，表達(dá)了開(kāi)普勒橢圓在軌道平面上的定向。v為衛(wèi)星的真近點(diǎn)角：即軌道平面上衛(wèi)星與近地點(diǎn)之間的地心角距。該參數(shù)為時(shí)間的函數(shù)，確定衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)位置。由上述6個(gè)參數(shù)所構(gòu)成的坐標(biāo)系統(tǒng)稱(chēng)為軌道坐標(biāo)系，廣泛用于描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。目前六十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)真近點(diǎn)角V當(dāng)衛(wèi)星處于軌道上任一點(diǎn)m時(shí)，衛(wèi)星的在軌位置便取決于mMP角，這個(gè)角就被稱(chēng)為真近點(diǎn)角，以V表示。偏近點(diǎn)角E

若以長(zhǎng)半軸a做輔助圓，衛(wèi)星m在該輔助圓上的相應(yīng)點(diǎn)為m″，圓弧m″P所對(duì)的圓心角稱(chēng)為偏近點(diǎn)角，以E表示。平近點(diǎn)角M0按若衛(wèi)星的平均角速度，則平近點(diǎn)角為2.1.4真近點(diǎn)角V的計(jì)算m″m′m

aMrab62目前六十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)真近點(diǎn)角V的計(jì)算6個(gè)開(kāi)普勒軌道參數(shù)中，只有真近點(diǎn)角V是時(shí)間的函數(shù)，其余參數(shù)均為常數(shù)。所以確定衛(wèi)星的瞬時(shí)位置的關(guān)鍵是在于確定參數(shù)V。63目前六十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)根據(jù)開(kāi)普勒方程，偏近點(diǎn)角與平近點(diǎn)角的關(guān)系為：

已知時(shí)，可以采用迭代法按上式計(jì)算。迭代計(jì)算時(shí)先令，因偏心率僅為0.01左右，所以迭代兩次便可求得偏近點(diǎn)角。偏近點(diǎn)角E與平近點(diǎn)角有一下重要關(guān)系：目前六十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)其次，為了計(jì)算衛(wèi)星的瞬時(shí)位置，還需要確定真近點(diǎn)角V與偏近點(diǎn)角之間的關(guān)系。于是將上式代入軌道方程（2.5），則得由式上可得真近點(diǎn)角V與偏近點(diǎn)角E之關(guān)系：

目前六十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.1.5衛(wèi)星的受攝運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的受力：衛(wèi)星受到的各種具體作用力：地球?qū)πl(wèi)星的引力日月對(duì)衛(wèi)星的引力大氣阻力太陽(yáng)光壓地球潮汐力等可將作用力歸納分為兩類(lèi)：地球質(zhì)心引力（中心引力）；地球非中心引力—攝動(dòng)力（與地球質(zhì)心引力相比，僅為10e-3量級(jí)）。目前六十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前六十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)：二體問(wèn)題--僅考慮地球質(zhì)心引力的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為二體問(wèn)題。受攝運(yùn)動(dòng)—考慮到攝動(dòng)力的作用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)。二體運(yùn)動(dòng)求解衛(wèi)星相對(duì)地球的位置基于萬(wàn)有引力的分析解衛(wèi)星相對(duì)地球的真實(shí)位置考慮攝動(dòng)力的影響目前六十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星受到的攝動(dòng)力地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力影響約為10-3量級(jí)，其他攝動(dòng)力影響大多小于或接近于10-6量級(jí)。目前六十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地球非球形引力的攝動(dòng)北凸南凹的梨形地球目前七十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

在地球引力場(chǎng)攝動(dòng)力的作用下，升交點(diǎn)將沿地球赤道產(chǎn)生緩慢的運(yùn)動(dòng)，使升交點(diǎn)赤經(jīng)產(chǎn)生周期性變化，設(shè)其變化速率為,t0時(shí)升交點(diǎn)赤經(jīng)為Ω，對(duì)于任一時(shí)刻t的升交點(diǎn)位置表示為

事實(shí)上，衛(wèi)星的升交點(diǎn)還同時(shí)受到其他攝動(dòng)力的影響，所以升交點(diǎn)赤經(jīng)的變化率也不是常量。

地球非球形引力的攝動(dòng)對(duì)衛(wèi)星軌道的影響71目前七十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

在引力場(chǎng)攝動(dòng)力的作用下，近地點(diǎn)將在軌道面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使近地點(diǎn)角距發(fā)生緩慢變化。若取近距點(diǎn)角距的變率為，則任一時(shí)刻t的近距點(diǎn)角距為同樣在引力場(chǎng)攝動(dòng)力的作用下，衛(wèi)星軌道平近點(diǎn)角也隨時(shí)間變化，任一時(shí)刻t的平近點(diǎn)角為若設(shè)，則對(duì)GPS衛(wèi)星可得。72目前七十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地球非球形引力的攝動(dòng)對(duì)衛(wèi)星軌道的影響引起軌道面在空間的旋轉(zhuǎn)使升交點(diǎn)沿地球赤道產(chǎn)生緩慢的移動(dòng)，進(jìn)而使升交點(diǎn)的赤經(jīng)產(chǎn)生周期性變化。引起近地點(diǎn)在軌道面內(nèi)旋轉(zhuǎn)使得開(kāi)普勒橢圓在軌道面內(nèi)定向改變，引起軌道近地點(diǎn)角距的緩慢變化。引起平近點(diǎn)角的變化目前七十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)日月引力又稱(chēng)第三體引力不僅影響衛(wèi)星的運(yùn)行，而且影響地球自轉(zhuǎn)，因此，日月引力攝動(dòng)應(yīng)為日月引力對(duì)衛(wèi)星軌道及其對(duì)地球作用之差對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度約為510-6m/s2太陽(yáng)引力的影響，僅約為月球引力的0.46倍日月引力的攝動(dòng)目前七十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)太陽(yáng)輻射壓力太陽(yáng)光壓的影響入射作用力發(fā)射作用力反照壓力（被地球反射的太陽(yáng)光產(chǎn)生的壓力，為輻射壓力的1%，可忽略）太陽(yáng)光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生的加速度，約為10-7m/s2量級(jí)目前七十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地球固體潮在日月引力作用下，地球產(chǎn)生的如潮汐般的變形。海潮大氣潮地球潮汐攝動(dòng)力地球潮汐攝動(dòng)力，對(duì)于在36000km高度的衛(wèi)星（GPS衛(wèi)星高度為20200km），攝動(dòng)量約為110-10，故常被忽略。目前七十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)對(duì)低軌道衛(wèi)星影響較大對(duì)于GPS衛(wèi)星（高度為20200km）的影響可忽略大氣阻力目前七十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)攝動(dòng)力對(duì)衛(wèi)星的影響目前七十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)回顧衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道基本參數(shù)理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的有攝運(yùn)動(dòng)目前七十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.2衛(wèi)星星歷GPS衛(wèi)星星歷GPS衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)位置的計(jì)算目前八十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.2.1GPS衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷是描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道的信息。衛(wèi)星星歷描述某一時(shí)刻的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道參數(shù)及其變率。根據(jù)衛(wèi)星星歷，可以計(jì)算出任一時(shí)刻的衛(wèi)星位置及其速度。精確的軌道信息是得到衛(wèi)星瞬時(shí)位置的必要條件，也是精密定位的基礎(chǔ)。81目前八十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星星歷GPS衛(wèi)星星歷可以分為：預(yù)報(bào)星歷（廣播星歷，broadcastephemeris）；實(shí)測(cè)星歷（精密星歷，preciseephemeris）。82目前八十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)預(yù)報(bào)星歷預(yù)報(bào)星歷，通過(guò)衛(wèi)星發(fā)射的、含有軌道信息的導(dǎo)航電文傳遞給用戶(hù),用戶(hù)使用接收機(jī)接收到信號(hào)后，經(jīng)過(guò)解碼便可獲得所需要的衛(wèi)星星歷。包括相對(duì)某一參考?xì)v元的開(kāi)普勒軌道參數(shù)和必要的軌道攝動(dòng)項(xiàng)改正參數(shù)。83目前八十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)參考?xì)v元的衛(wèi)星開(kāi)普勒軌道參數(shù)稱(chēng)為參考星歷（或密切軌道參數(shù)），是根據(jù)GPS監(jiān)測(cè)站約1周的監(jiān)測(cè)資料推算的。參考星歷只代表衛(wèi)星在參考?xì)v元的瞬時(shí)軌道參數(shù)。在攝動(dòng)力的影響下，衛(wèi)星的實(shí)際軌道將偏離其參考軌道。偏離的程度主要取決于:觀測(cè)歷元與所選參考?xì)v元間的時(shí)間差。目前八十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)一般來(lái)說(shuō)，如果用軌道參數(shù)的攝動(dòng)項(xiàng)對(duì)已知的衛(wèi)星參考星歷加以改正，可以外推出任意觀測(cè)歷元的衛(wèi)星星歷。如果觀測(cè)歷元與所選參考?xì)v元間的時(shí)間差很大（外推時(shí)間較長(zhǎng)），為了保障外推軌道參數(shù)具有必要的精度，就必須采用更嚴(yán)密的攝動(dòng)力模型和考慮更多的攝動(dòng)因素，由此帶來(lái)了建立更嚴(yán)格攝動(dòng)力模型的困難，因而可能降低預(yù)報(bào)軌道參數(shù)的精度。只要保證外推時(shí)間間隔不太長(zhǎng)，可以保證衛(wèi)星預(yù)報(bào)星歷的精度。目前八十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)為了保證衛(wèi)星預(yù)報(bào)星歷的必要精度，一般采用限制預(yù)報(bào)星歷外推時(shí)間間隔的方法。衛(wèi)星導(dǎo)航電文的獲取是通過(guò)地面的監(jiān)控站時(shí)刻觀測(cè)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道、主控站每天更新衛(wèi)星的參考星歷、注入站每天向衛(wèi)星注入新的參考星歷。GPS跟蹤站每天利用觀測(cè)資料，更新用以確定衛(wèi)星參考星歷的數(shù)據(jù)，計(jì)算每天衛(wèi)星軌道參數(shù)的更新值，每天按時(shí)將其注入相應(yīng)的衛(wèi)星并存儲(chǔ)。據(jù)此GPS衛(wèi)星發(fā)播的廣播星歷每小時(shí)更新一次。86目前八十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)如果將計(jì)算參考星歷的參考?xì)v元toe選在兩次更新星歷的中央時(shí)刻，則外推時(shí)間間隔最大不會(huì)超過(guò)0.5小時(shí)，從而可以在采用同樣攝動(dòng)力模型的情況下，有效地保持外推軌道參數(shù)的精度。預(yù)報(bào)星歷的精度，目前一般估計(jì)為20-40m。

由于預(yù)報(bào)星歷每小時(shí)更新一次，在數(shù)據(jù)更新前后，各表達(dá)式之間將會(huì)產(chǎn)生小的跳躍，其值可達(dá)數(shù)分米，一般可利用適當(dāng)?shù)臄M合技術(shù)（如切比雪夫多項(xiàng)式）予以平滑。目前八十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS用戶(hù)通過(guò)衛(wèi)星廣播星歷可以獲得的有關(guān)衛(wèi)星星歷參數(shù)共17個(gè)，其中包括:2個(gè)參考時(shí)刻;6個(gè)相應(yīng)參考時(shí)刻的開(kāi)普勒軌道參數(shù);9個(gè)反映攝動(dòng)力影響的參數(shù)。目前八十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星的后處理星歷后處理星歷預(yù)報(bào)星歷包含外推誤差，且由于SA技術(shù)的影響，廣播星歷的精度被人為降低，其精度不能滿(mǎn)足某些需要精密定位服務(wù)的用戶(hù)要求。后處理星歷，是根據(jù)地面跟蹤站所獲得的精密觀測(cè)資料計(jì)算而得到的星歷，是一種不包含外推誤差的實(shí)測(cè)星歷?？蔀橛脩?hù)提供觀測(cè)時(shí)刻的精密衛(wèi)星星歷，精度可達(dá)米級(jí)，以后將達(dá)到分米級(jí)。89目前八十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)后處理星歷是一些國(guó)家的某些部門(mén)根據(jù)各自建立的跟蹤站所獲得的精密觀測(cè)資料，應(yīng)用與確定預(yù)報(bào)星歷相似的方法，計(jì)算的衛(wèi)星星歷。這種星歷通常是在事后向用戶(hù)提供的在用戶(hù)觀測(cè)時(shí)的衛(wèi)星精密軌道信息，因此稱(chēng)后處理星歷或精密星歷。該星歷的精度目前可達(dá)分米。后處理星歷不是通過(guò)衛(wèi)星廣播的。需要通過(guò)無(wú)線電、網(wǎng)絡(luò)等通信方式向用戶(hù)傳遞。是有償服務(wù)。90目前九十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)2.2.2GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算

-根據(jù)廣播星歷計(jì)算衛(wèi)星位置計(jì)算思路首先計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)然后將上述坐標(biāo)分別繞X軸旋轉(zhuǎn)-i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)-k角，求出衛(wèi)星在地心系下的坐標(biāo)目前九十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星在其軌道平面內(nèi)的位置計(jì)算

計(jì)算真近點(diǎn)角Vk計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n計(jì)算歸化時(shí)間tk計(jì)算升交距角u0計(jì)算經(jīng)過(guò)攝動(dòng)改正的升交距角、衛(wèi)星的地心距離及軌道傾角計(jì)算衛(wèi)星的軌道平面直角坐標(biāo)計(jì)算目前九十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)軌道平面1：計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度n

目前九十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)計(jì)算過(guò)程計(jì)算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度目前九十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

〉GPS系統(tǒng)及其信號(hào)>GPS衛(wèi)星在軌位置的計(jì)算軌道平面2：計(jì)算歸化時(shí)刻tk

目前九十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

〉GPS系統(tǒng)及其信號(hào)>GPS衛(wèi)星在軌位置的計(jì)算軌道平面3：計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的平近點(diǎn)角Mk

4：計(jì)算偏近點(diǎn)角Ek

5：衛(wèi)星向徑r0計(jì)算t時(shí)刻衛(wèi)星的平近點(diǎn)角計(jì)算偏近點(diǎn)角計(jì)算衛(wèi)星向徑（未加攝動(dòng)改正）目前九十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

〉GPS系統(tǒng)及其信號(hào)>GPS衛(wèi)星在軌位置的計(jì)算軌道平面6：計(jì)算計(jì)算衛(wèi)星真近點(diǎn)角Vk、升交點(diǎn)角距u07：計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng)δu、δr、δi

計(jì)算真近點(diǎn)角計(jì)算升交距角計(jì)算攝動(dòng)改正項(xiàng)MωVkrk衛(wèi)星k目前九十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)軌道平面9：計(jì)算經(jīng)過(guò)攝動(dòng)改正的升交距角Uk

、衛(wèi)星的地心距離rk和軌道傾角ik

10：計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面上的位置進(jìn)行攝動(dòng)改正計(jì)算衛(wèi)星在軌道平面坐標(biāo)系中的位置目前九十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星在地心空間直角坐標(biāo)系中的位置計(jì)算計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的升交點(diǎn)經(jīng)度ΩK計(jì)算衛(wèi)星在地心空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)

計(jì)算目前九十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地心坐標(biāo)1：計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的升交點(diǎn)經(jīng)度k觀測(cè)時(shí)刻的升交點(diǎn)經(jīng)度k為該時(shí)刻升交點(diǎn)赤經(jīng)（春分點(diǎn)和升交點(diǎn)間角距）與格林尼治恒星時(shí)GAST（春分點(diǎn)和格林尼治起始子午線間角距）之差，即：k=-GAST觀測(cè)時(shí)刻t時(shí)的升交點(diǎn)赤經(jīng)：=oe-（t-

toe）

由電文中可求式中，

oe

為toe的升交點(diǎn)赤經(jīng)；為變率；電文中每小時(shí)更新一次toe和

〉GPS系統(tǒng)及其信號(hào)>GPS衛(wèi)星在軌位置的計(jì)算目前一百頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地心坐標(biāo)2：計(jì)算觀測(cè)時(shí)刻的升交點(diǎn)經(jīng)度k

〉GPS系統(tǒng)及其信號(hào)>GPS衛(wèi)星在軌位置的計(jì)算

GAST隨地球自轉(zhuǎn)而增加，其增值速率為地球自轉(zhuǎn)速率，設(shè)一個(gè)星期開(kāi)始時(shí)刻的格林尼治恒星時(shí)為GAST，則導(dǎo)航電文給我們提供的不是時(shí)的升交點(diǎn)赤經(jīng)，而是始于格林尼治起始子午線到升交點(diǎn)的準(zhǔn)經(jīng)度，它們之間的關(guān)系是將式（2.30）、（2.31）、（2.32）一并代入式（2.29），則得升交點(diǎn)的經(jīng)度為：

目前一百零一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地心坐標(biāo)3：衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系中的位置計(jì)算衛(wèi)星在地心空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)由式（2.28）可求出衛(wèi)星在其軌道平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中衛(wèi)星的空間位置可表示為：

此時(shí)軸過(guò)地心指向軌道平面的垂直方向。目前一百零二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)目前一百零三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)地心坐標(biāo)3：衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系中的位置續(xù)

〉GPS系統(tǒng)及其信號(hào)>GPS衛(wèi)星在軌位置的計(jì)算

根據(jù)衛(wèi)星在軌道平面上的直角坐標(biāo)->地心坐標(biāo)系：

沿地心—升交點(diǎn)軸旋轉(zhuǎn)i角，使軌道平面與赤道平面重合。沿Z軸旋轉(zhuǎn)k角，使升交點(diǎn)與格林尼治子午線重合。這樣，便得到衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系中的直角坐標(biāo)（X、Y、Z）。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如：目前一百零四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)作業(yè)1、試標(biāo)出GPS衛(wèi)星無(wú)攝運(yùn)動(dòng)軌道參數(shù)，并概述各參數(shù)的概念或含義2、GPS系統(tǒng)由哪幾部分組成，簡(jiǎn)述各部分作用目前一百零五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)1-2-3GPS衛(wèi)星信號(hào)及信號(hào)接收機(jī)GPS信號(hào)的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)GPS測(cè)距碼GPS的導(dǎo)航電文GPS信號(hào)接收機(jī)目前一百零六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)知識(shí)回顧理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道參數(shù)及含義衛(wèi)星星歷衛(wèi)星星歷包含哪兩種，簡(jiǎn)述兩種星歷的區(qū)別目前一百零七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)內(nèi)容引導(dǎo)GPS通過(guò)哪些信號(hào)進(jìn)行定位？GPS信號(hào)包含哪幾部分？目前一百零八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星信號(hào)的內(nèi)容GPS衛(wèi)星信號(hào)是GPS衛(wèi)星向廣大用戶(hù)發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的調(diào)制波。GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)包含：載波信號(hào)、測(cè)距碼、導(dǎo)航電文（數(shù)據(jù)碼）。目前一百零九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.1載波信號(hào)

可運(yùn)載調(diào)制信號(hào)的高頻震蕩波為載波GPS發(fā)射位于L波段的兩種頻率的載波信號(hào)：L1載波：fL1=154×f0=1575.42MHZ，波長(zhǎng)λ1=19.032cm；L2載波：fL2=120×f0=1227.6MHZ，波長(zhǎng)λ2=24.42cm；目前一百一十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制將頻率較低的信號(hào)加載在頻率較高的載波上的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制被加載的頻率較低的信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)GPS衛(wèi)星的L1和L2載波上攜帶測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼和導(dǎo)航電文是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上的，由于偽隨機(jī)碼只有“1”和“0”兩種狀態(tài)。當(dāng)碼值取0時(shí)，對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)為＋1，而碼值取1時(shí)，對(duì)應(yīng)的碼狀態(tài)為－1。在載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)相乘后便實(shí)現(xiàn)了載波的調(diào)制，此時(shí)碼信號(hào)被加載到載波上，經(jīng)過(guò)播發(fā)可供用戶(hù)接收。

目前一百一十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)當(dāng)碼的波型為”1”時(shí)，與載波相乘，不會(huì)改變載波的相位；當(dāng)碼的波型為”-1”時(shí)，與載波相乘，載波相位改變180度。當(dāng)碼值(調(diào)制信號(hào))從1變成0，或從0變成1時(shí)，將使載波相位改變180度。調(diào)制以后的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)由衛(wèi)發(fā)射天線向用戶(hù)播發(fā)。目前一百一十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)載波信號(hào)的作用：攜帶測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航電文傳送給用戶(hù)；在載波相位測(cè)量中用作測(cè)距信號(hào)（其測(cè)距精度比偽距測(cè)量的精度高2~3數(shù)量級(jí)）；精確測(cè)定多普勒頻移特點(diǎn)所選擇的頻率有利于測(cè)定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號(hào)所受的電離層延遲影響（電離層折射延遲與信號(hào)的頻率有關(guān)）選擇兩個(gè)頻率可以較好地消除信號(hào)的電離層延遲目前一百一十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上發(fā)送，頻率為50HZ用戶(hù)利用導(dǎo)航信息計(jì)算某一時(shí)刻衛(wèi)星在軌道上的位置，因此導(dǎo)航信息也被稱(chēng)為廣播星歷導(dǎo)航電文亦是二進(jìn)制數(shù)碼，依規(guī)定的格式組成，按幀向外播送，每幀電文的長(zhǎng)度為1500bit，播送速率為50bit/s。目前一百一十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無(wú)線電信號(hào)(基準(zhǔn)頻率?)

兩種載波(L1和L2)

兩種碼信號(hào)(C/A碼和P碼)

一組導(dǎo)航電文(信息碼，D碼)目前一百一十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)作用測(cè)距性質(zhì)為偽隨機(jī)噪聲碼（PRN－PseudoRandomNoise）特點(diǎn)確定的編碼規(guī)則可復(fù)制性周期性自相關(guān)性3.2測(cè)距碼目前一百一十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)產(chǎn)生若干多級(jí)反饋移位寄存器所產(chǎn)生的m序列經(jīng)復(fù)雜處理后形成包含C/A碼、P（Y）碼測(cè)量原理隨機(jī)碼序列與復(fù)制的隨機(jī)碼序列通過(guò)平移碼元素，相應(yīng)碼元素相互對(duì)其不同的碼（包括未對(duì)齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對(duì)齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1目前一百一十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)有關(guān)碼的基本概念表達(dá)不同信息的二進(jìn)制數(shù)（“0”和“1”）及其組合，稱(chēng)為碼在二進(jìn)制中，一位二進(jìn)制數(shù)稱(chēng)為一個(gè)碼元或比特（bit，被取為碼的度量單位）將各種信息，如聲音、文字和圖像等，按某種預(yù)定的規(guī)則，表示為二進(jìn)制數(shù)的組合形式，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為編碼例如：兩位二進(jìn)制數(shù)的不同組合11,10,01,00，這些組合形式被稱(chēng)為碼，其中每個(gè)碼含有兩個(gè)碼元目前一百一十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)

偽隨機(jī)噪聲碼又叫偽隨機(jī)碼或者偽噪聲碼，簡(jiǎn)稱(chēng)：PRN，是一個(gè)具有一定周期的取值0和1的離散符號(hào)串。他不僅具有高斯噪聲所有的良好的自相關(guān)特性，而且具有某種確定的編碼規(guī)則。具有周期性、易被復(fù)制等特性。GPS信號(hào)中使用了偽隨機(jī)碼技術(shù)，識(shí)別和分離各顆衛(wèi)星信號(hào)，并提供無(wú)模糊度的測(cè)距數(shù)據(jù)。偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生方式很多。GPS技術(shù)采用m序列，即產(chǎn)生于最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器。4.2GPS衛(wèi)星信號(hào)偽隨機(jī)噪聲碼目前一百一十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)偽隨機(jī)碼的產(chǎn)生--M序列線性反饋移位寄存器M序列的特性:1.均衡性：一周中1與0基本相等。1比0多1個(gè)。不允許全0。2.游程分布：相同碼元連在一起為一游程。左圖4級(jí)M序列為8個(gè)游程：長(zhǎng)度為1的4個(gè)，長(zhǎng)度為2的2個(gè)，長(zhǎng)度為3的1個(gè)，長(zhǎng)度4的1個(gè)。3.移位相加特性：一個(gè)M序列與其移位后另一M序列相加仍是M序列。4級(jí)M序列的周期m=154.自相關(guān)特性：R=（A-D）/（A+D）=（A-D）/m=1或-1/m5.偽噪聲特性：M序列為偽隨機(jī)碼或人工復(fù)制噪聲碼。a3a2a1a0初始10001100111011110111…………4級(jí)M序列的產(chǎn)生方框圖輸出M序列:000111101011001輸出目前一百二十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)m序列偽隨機(jī)噪聲碼的自相關(guān)特性對(duì)齊時(shí)：000111101011001未對(duì)齊時(shí)：000111101011001000111101011001100011110101100A=15,D=0,R=（A-D）/m=1A=7,D=8,R=（A-D）/m=-1/15

目前一百二十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.2.1C/A碼

定義粗捕獲碼，即用于進(jìn)行粗略測(cè)距和捕獲精碼的測(cè)距碼屬于偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼）頻率C/A碼頻率f1=1/10×f0=1.023MHZ，僅被調(diào)制在L1載波上特征公開(kāi)明碼、民用、測(cè)距精度±（2~3）m目前一百二十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)C/A碼特征：C/A碼是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器相組合而產(chǎn)生碼長(zhǎng)Nu=210-1=1023比特碼元寬tu=1/f1≈0.977752μs

空間失距=293.1m（碼元寬與C的乘積）

周期Tu=Nutu=1ms

數(shù)碼率=1.023Mbit/s目前一百二十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)C/A碼特性易于捕獲C/A碼碼長(zhǎng)較短(周期小于1ms)，對(duì)C/A碼進(jìn)行逐個(gè)搜索，用時(shí)短，易于捕獲；通過(guò)捕獲的C/A碼得到的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信息，又可方便的捕獲P碼，因此C/A碼被通稱(chēng)為捕獲碼測(cè)距誤差大C/A碼的碼元寬度和空間矢距較大，若兩序列的碼元對(duì)其誤差為碼元寬度的1/10~1/100，則對(duì)應(yīng)的測(cè)距誤差可達(dá)2.9~29.3m；

由于C/A碼的測(cè)距精度低，因此也被稱(chēng)為粗捕獲碼目前一百二十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.2.2P碼定義精碼，即用于精確測(cè)定從GPS衛(wèi)星至接收機(jī)距離的測(cè)距碼屬于偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼）頻率C/A碼頻率f1=f0=10.23MHZ，被調(diào)制在L1和L2載波上特征保密Y碼、軍用、測(cè)距精度高目前一百二十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)P碼特征：碼長(zhǎng)Nu≈2.35*1014比特碼元寬度tu≈0.0977752μs

空間失距=29.3m

周期Tu=Nutu≈267d

數(shù)碼率=10.23Mbit/s目前一百二十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)P碼特性常規(guī)方法不易捕獲，需借助于C/A碼信息P碼碼長(zhǎng)較長(zhǎng)(周期小于1ms)，對(duì)P碼進(jìn)行逐個(gè)搜索，用時(shí)長(zhǎng)，不易捕獲；通過(guò)捕獲的C/A碼得到的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信息，可方便的捕獲P碼。測(cè)距精度高C/A碼的碼元寬度較C/A碼小，空間矢距較大，若兩序列的碼元對(duì)其誤差為碼元寬度的1/10~1/100，則對(duì)應(yīng)的測(cè)距誤差可達(dá)0.293~2.93m；P碼的測(cè)距誤差僅為C/A碼的1/10。目前一百二十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)C/A碼和P碼主要特征指標(biāo)特征指標(biāo)C/A碼P碼產(chǎn)生物理單元10級(jí)反饋移位寄存器12級(jí)反饋移位寄存器碼長(zhǎng)Nu=2r-11023bit2.35×1014bit頻率f0.1f0（1.023MHz）f0（10.23MHz）碼寬tu=1/f0.97752μs0.097752μs周期=Nu×tu1ms267d碼寬等效距離λ=c×tu293.1m29.3m測(cè)距誤差(1/10-1/100碼寬)29.3-2.9m2.93-0.29m特征粗碼、開(kāi)放、二值精碼、保密、二值目前一百二十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.2.3L2C碼L2C碼稱(chēng)為城市碼，被調(diào)制在L2載波上；包括2個(gè)PRN碼，CM碼和CL碼；L2C碼可以提供高質(zhì)量（低相噪、高靈敏度）的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航定位；增設(shè)L2C碼可以用于解決C/A碼只調(diào)制在L1載波，無(wú)法精確消除電離層延遲的問(wèn)題。目前一百二十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文是用戶(hù)用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。主要包括：衛(wèi)星星歷時(shí)鐘改正衛(wèi)星工作狀態(tài)信息電離層延遲修正參數(shù)這些信息按照一定的數(shù)據(jù)幀格式播發(fā)給用戶(hù)，成為數(shù)據(jù)碼（D碼）。3.3GPS導(dǎo)航電文（數(shù)據(jù)碼）目前一百三十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)第一數(shù)據(jù)塊第二數(shù)據(jù)塊第三數(shù)據(jù)塊目前一百三十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.3.1遙測(cè)碼（telemetryword,TLW）遙測(cè)碼位于每個(gè)子幀的開(kāi)頭，用于表明衛(wèi)星注入數(shù)據(jù)的狀態(tài)。第1～8bit是同步碼（10001001），為各子幀編碼脈沖提供一個(gè)同步起點(diǎn)。第9～22bit是遙測(cè)電文，包括地面監(jiān)控系統(tǒng)注入數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)信息、診斷信息等。第22、24bit是連接碼。第25～30bit是奇偶校驗(yàn)碼。目前一百三十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)奇偶校驗(yàn)碼一個(gè)字碼（30bit）包含6bit奇偶校驗(yàn)碼。每一個(gè)bit的奇偶校驗(yàn)碼對(duì)應(yīng)前面24bit的數(shù)據(jù)碼。例如：111001011101000110111010101110數(shù)據(jù)碼文校驗(yàn)碼文111010101011011000111011110100目前一百三十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.3.2轉(zhuǎn)換碼（handoverword,HOW）轉(zhuǎn)換碼位于每個(gè)子幀的第二個(gè)子碼。作用：提供用戶(hù)從捕獲的C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的Z計(jì)數(shù)。Z計(jì)數(shù)位于轉(zhuǎn)換碼的第1～17bit，從每周六/周日零時(shí)起算的時(shí)間計(jì)數(shù)。通過(guò)Z計(jì)數(shù)，可以知道觀測(cè)瞬間在P碼周期中所處的準(zhǔn)確位置，以便迅速捕獲P碼。轉(zhuǎn)換碼的第25～30bit為奇偶校驗(yàn)碼。目前一百三十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.3.3第一數(shù)據(jù)塊第一數(shù)據(jù)塊位于第1子幀的第3～10字碼。主要包括標(biāo)識(shí)碼、時(shí)延差改正、星期序號(hào)、衛(wèi)星的健康狀況、數(shù)據(jù)齡期及衛(wèi)星時(shí)鐘改正系數(shù)等。時(shí)延差改正Tgd電離層會(huì)使GPS在L1、L2上的信號(hào)發(fā)生時(shí)延。Tgd改正觀測(cè)結(jié)果，提高定位精度。目前一百三十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)數(shù)據(jù)齡期AODC數(shù)據(jù)齡期是時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔，表明衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)的置信度。AODC=t0c-tt其中t0c是第一數(shù)據(jù)塊的參考時(shí)刻，tt是計(jì)算時(shí)鐘改正參數(shù)所用數(shù)據(jù)的最后觀測(cè)時(shí)刻。星期序號(hào)WNWN是從1980年1月6日子夜零時(shí)（UTC）起算的星期數(shù)，是GPS星期數(shù)。目前一百三十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)衛(wèi)星時(shí)鐘改正GPS時(shí)間系統(tǒng)以地面主控站的原子鐘為基準(zhǔn)。GPS時(shí)間和UTC時(shí)間存在差值，導(dǎo)航電文把差值播發(fā)給廣大用戶(hù)。目前一百三十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.3.4第二數(shù)據(jù)塊導(dǎo)航電文的第2和第3子幀組成第二數(shù)據(jù)塊，內(nèi)容為GPS衛(wèi)星星歷。內(nèi)容包括：開(kāi)普勒軌道6參數(shù)；軌道攝動(dòng)9參數(shù)；時(shí)間參數(shù)。目前一百三十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)目前一百三十九頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.3.5第三數(shù)據(jù)塊第三數(shù)據(jù)塊包括4、5兩個(gè)子幀，內(nèi)容包括了所有GPS衛(wèi)星的歷書(shū)數(shù)據(jù)。當(dāng)接收機(jī)捕獲到某顆GPS衛(wèi)星信號(hào)后，根據(jù)第三數(shù)據(jù)塊提供的其它衛(wèi)星的概略星歷、時(shí)鐘改正、衛(wèi)星工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，用戶(hù)可以選擇工作正常、位置適當(dāng)?shù)男l(wèi)星，并較快地捕獲到所選擇的衛(wèi)星。目前一百四十頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)GPS衛(wèi)星信號(hào)的構(gòu)成目前一百四十一頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.4GPS信號(hào)的接收機(jī)3.4.1信號(hào)接收設(shè)備的組成如果把GPS信號(hào)接收設(shè)備作為一個(gè)用戶(hù)測(cè)量系統(tǒng)，按其結(jié)構(gòu)和作用可以分為：（1）天線（帶前置放大器）；（2）信號(hào)處理器，用于信號(hào)接收、識(shí)別和處理；（3）微處理器，用于接收機(jī)的控制、數(shù)據(jù)采集和導(dǎo)航計(jì)算；（4）用戶(hù)信息傳輸，包括操作板、顯示板和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（5）精密振蕩器，用以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率；（6）電源。GPS信號(hào)接收系統(tǒng)如果按其構(gòu)成部分的性質(zhì)和功能又可分為：（1）硬件部分：主要指上述的接收機(jī)、天線和電源等硬件設(shè)備；（2）軟件部分：軟件部分是現(xiàn)代GPS測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分。它是支持接收機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)其功能、完成各種導(dǎo)航和定位的重要條件。一個(gè)功能齊全、品質(zhì)良好的軟件不僅能為用戶(hù)提供極大方便，而且對(duì)于提高定位作業(yè)效率和改善定位精度，滿(mǎn)足用戶(hù)多方面的需要，具有重要的意義。目前一百四十二頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.4.2天線單元

GPS信號(hào)接收機(jī)的天線單元為接收設(shè)備的前置部分。天線單元包含接收天線和前置放大器兩部分。GPS信號(hào)接收天線必須具備以下特性：波束的半帶寬大于70°的半球狀天線方向圖；電波右旋圓極化；精確和穩(wěn)定的相位中心；能較好的抑制多路徑效應(yīng)；能接收GPS信號(hào)的多個(gè)載波頻率；較小的重量和尺寸；機(jī)械穩(wěn)定性能好。目前一百四十三頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)天線部分可能是全向振子天線、小型螺旋天、或微帶天線，但從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，以微帶天線用的最廣、最有前途。

微帶天線是在厚度為h（h≤λ）的介質(zhì)基片的上下兩面覆蓋兩塊金屬片構(gòu)成。一塊輻射金屬片作為接地板，完全覆蓋基片的底面；另一塊輻射金屬片作為輻射元置于基片頂面。這種天線把諸如放大器、震蕩器、開(kāi)關(guān)、可變衰減器、混頻器、調(diào)相器、調(diào)制器等都一起敷設(shè)在一個(gè)介質(zhì)基片上。優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕、成本低、有兩種工作頻率，有利于提高定位精度；缺點(diǎn)是增益較低。目前大部分測(cè)地型接收機(jī)天線都是微帶天線。其更適用于飛機(jī)、火箭等高速飛行物上。目前一百四十四頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)前置放大器位置天線后端作用提高信號(hào)強(qiáng)度將有極微弱的GPS信號(hào)的電磁波能量轉(zhuǎn)換成為弱電流放大種類(lèi)外差式、高放式絕大多數(shù)測(cè)地型GPS接收機(jī)采用外差式天線單元目前一百四十五頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)3.4.3接收單元信號(hào)通道信號(hào)通道是一種軟件和硬件相結(jié)合的復(fù)雜電子裝置，是接收單元中的核心部分。其主要功能是跟蹤、處理和量測(cè)衛(wèi)星信號(hào)，以獲得導(dǎo)航定位所需要的數(shù)據(jù)和信息，通道數(shù)目有1到24個(gè)不等，由接收機(jī)的類(lèi)型而定。總的來(lái)講，信號(hào)通道目前有相關(guān)型、平方型和相位型等三種。相關(guān)型通道新一代GPS信號(hào)接收機(jī)廣泛采用相關(guān)型通道，它能迅速地從偽噪聲碼中解譯出衛(wèi)星電文，從而測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置。它主要由偽噪聲跟蹤環(huán)路和載波跟蹤環(huán)路組成。目前一百四十六頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)信號(hào)通道

偽噪聲跟蹤環(huán)路的工作原理如右圖的方框圖所示。其主要作用是從C/A碼或P碼中提取偽距觀測(cè)量，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，以獲得導(dǎo)航電文和載波。所謂跟蹤，就是使本地噪聲碼與接收噪聲碼“對(duì)齊”。

“對(duì)齊”的功能是由環(huán)路濾波器和壓控時(shí)鐘構(gòu)成的反饋環(huán)路等完成的。偽噪聲碼跟蹤環(huán)路方框圖目前一百四十七頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)信號(hào)通道平方型通道下圖所示的平方型通道，在用戶(hù)接收到GPS信號(hào)以后，經(jīng)過(guò)變頻而得到中頻GPS信號(hào)。于是載波頻率降低了，將中頻GPS信號(hào)自乘，得

平方型波道原理圖

中頻信號(hào)U的調(diào)制波A是取值為±1的二進(jìn)制信號(hào)波形，其自乘結(jié)果恒等于1。因此乘法器B的輸出信號(hào)是一種純凈載波，但其頻率卻是中頻的二倍，該信號(hào)稱(chēng)為重建載波。平方型波道壓縮了頻帶寬度，但抑制數(shù)據(jù)碼D（t），無(wú)法檢譯出GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文。

目前一百四十八頁(yè)\總數(shù)一百五十八頁(yè)\編于十三點(diǎn)信號(hào)通道碼相位通道它也是一種平方型通道，如右圖所示，其區(qū)別是它所得到的信號(hào)不是重建載波，而是一種碼率正弦波。圖中，接收碼（C/A碼或P碼）從A點(diǎn)輸入，經(jīng)延時(shí)（即二分之一碼元寬度），經(jīng)C點(diǎn)濾波得復(fù)合碼，再經(jīng)D點(diǎn)得碼率正弦波，即接收機(jī)時(shí)鐘所產(chǎn)生的秒脈沖啟開(kāi)時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器后開(kāi)始計(jì)數(shù)，遇到碼率正弦波計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)，遇到碼率碼相位波道示意圖正弦波，其正向過(guò)零點(diǎn)時(shí)關(guān)閉計(jì)數(shù)器。這樣由開(kāi)、關(guān)計(jì)數(shù)器的時(shí)間之差便可確定測(cè)站和衛(wèi)星間的距離。這里要說(shuō)明的是碼相位波道只能測(cè)