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文檔簡介

1、GPS原理及其應用 (四),第二章全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu),2.2 GPS衛(wèi)星的信號結(jié)構(gòu),GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu),全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu),概述,GPS衛(wèi)星信號的組成部分 載波(Carrier) L1 L2 測距碼(Ranging Code) C/A碼(目前只被調(diào)制在L1上) P(Y)碼(被分別調(diào)制在L1和L2上) 衛(wèi)星(導航)電文(Message) GPS衛(wèi)星信號的生成 關(guān)鍵設備 原子鐘,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 概述,GPS衛(wèi)星的基準頻率 f0,由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生 頻率為10.23MHz 衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準頻率的倍頻或分頻,全

2、球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星的基準頻率,載波,作用 搭載其它調(diào)制信號 測距 測定多普勒頻移 類型 目前 L1 頻率: 154f0 = 1575.43MHz;波長:19.03cm L2 頻率: 120f0 = 1227.60MHz;波長:24.42cm 現(xiàn)代化后 增加L5 頻率:115f0 = 1176.45MHz;波長:25.48cm,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 載波,載波,特點 所選擇的頻率有利于測定多普勒頻移 所選擇的頻率有利于減弱信號所受的電離層折射影響 選擇兩個頻率可以較好地消除信號的電離層折射延遲(電離層折射延遲于信號的頻率有關(guān)),

3、全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 載波,測距碼,作用 測距 性質(zhì) 為偽隨機噪聲碼(PRN Pseudo Random Noise) 不同的碼(包括未對齊的同一組碼)間的相關(guān)系數(shù)為0或1/n(n為碼元數(shù)) 對齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 測距碼,測距碼,類型 目前 C/A碼(Coarse/Acquisition Code) 粗碼/捕獲碼;碼率:1.023MHz;周期:1ms;1周期含碼元數(shù):1023;碼元寬度:293.05m;僅被調(diào)制在L1上 P(Y)碼(Precise Code) 精碼;碼率:10.23MHz;周期:7天;1周期

4、含碼元數(shù):6187104000000;碼元寬度:29.30m;被調(diào)制在L1和L2上 現(xiàn)代化后 在L2上調(diào)制C/A碼 在L1和L2增加調(diào)制M碼,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 測距碼,衛(wèi)星(導航)電文,作用:向用戶提供衛(wèi)星軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息及其它信息 基本結(jié)構(gòu),全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星(導航)電文,衛(wèi)星(導航)電文,基本內(nèi)容,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星(導航)電文,衛(wèi)星(導航)電文,遙測字(TLM Telemetry Word) 每一子幀的第1個字 用作捕獲導航電文的前導 交接字(HOW Hand Ove

5、r Word) 每一子幀的第2個字 主要內(nèi)容:Z計數(shù),全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星(導航)電文,衛(wèi)星(導航)電文,第一數(shù)據(jù)塊 第1子幀的第310個字 內(nèi)容: WN GPS周 L2所調(diào)制測距碼標識符 “10”表示C/A碼,“01”表示P(Y)碼 傳輸參數(shù)N URA TGD 信號在衛(wèi)星內(nèi)部的時延 星鐘數(shù)據(jù)齡期AODC 星鐘改正參數(shù)a0(鐘偏),a1(鐘速),a2(鐘漂),全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星(導航)電文,衛(wèi)星(導航)電文,第二數(shù)據(jù)塊 第2、3子幀的第310個字 內(nèi)容 該發(fā)送信號衛(wèi)星的星歷 廣播星歷 星歷參數(shù),全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu)

6、GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星(導航)電文,衛(wèi)星(導航)電文,第三數(shù)據(jù)塊 第4、5子幀的第310個字 內(nèi)容:所有衛(wèi)星歷書(概略星歷) 第三數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容每12.5分鐘重復一次,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星(導航)電文,星歷參數(shù)詳解,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 星歷參數(shù)詳解,星歷參數(shù)詳解,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 星歷參數(shù)詳解,星歷參數(shù)詳解,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 星歷參數(shù)詳解,星歷參數(shù)詳解,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 星歷參數(shù)詳解,衛(wèi)星信號的調(diào)制,模二和 運算規(guī)則 二進制信號:“1”

7、表示二進制“0”,“-1”表示二進制“1”,則,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星信號的調(diào)制,衛(wèi)星信號的調(diào)制,二進制信號的相位調(diào)制,調(diào)頻FM,調(diào)幅AM,調(diào)相PM,注:其它調(diào)制方式,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星信號的調(diào)制,衛(wèi)星信號的調(diào)制,GPS衛(wèi)星信號的調(diào)制 示意圖 衛(wèi)星信號的調(diào)制原理,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星信號的調(diào)制,GPS衛(wèi)星位置的計算-根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置,計算思路 首先計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系下的坐標 然后將上述坐標分別繞X軸旋轉(zhuǎn)-i角、繞Z軸旋轉(zhuǎn)-k角,求出衛(wèi)星在地固系下的坐標,軌道平面坐標系,軌道參數(shù),

8、全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計算,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計算,GPS衛(wèi)星位置的計算-根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置,計算過程 計算衛(wèi)星運行的平均角速度 計算t時刻衛(wèi)星的平近點角 計算偏近點角,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計算,GPS衛(wèi)星位置的計算-根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置,計算過程(續(xù)) 計算真近點角 計算升交距角(未經(jīng)改正的) 計算衛(wèi)星向徑,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計算,GPS衛(wèi)星位置的計算-根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置,計算過程(續(xù)) 計算

9、攝動改正項 進行攝動改正 計算衛(wèi)星在軌道平面坐標系中的位置,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計算,GPS衛(wèi)星位置的計算-根據(jù)廣播星歷計算衛(wèi)星位置,計算過程(續(xù)) 計算升交點經(jīng)度 計算衛(wèi)星在地固坐標系下的坐標,全球定位系統(tǒng)的組成及信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu) GPS衛(wèi)星位置的計算,精密星歷 按一定時間間隔給出衛(wèi)星在地固坐標系下的三維位置、三維速度和鐘差 * 2004 1 15 0 0 0.00000000 P 1 5945.509635 15759.608404 20698.949374 324.533285 P 2 1141.101111 22665.3599

10、89 14690.489309 -257.156064 P 3 -10344.447068 24021.826531 -3968.233325 77.825932 P 4 22798.349665 -6520.820872 12310.795279 -43.522805 P 5 -12628.924903 -23445.674881 -1192.036791 13.422888 P 6 -13958.380086 -7542.103497 21489.237683 -2.952584 P 7 18939.291158 -12511.028058 -13257.166627 635.667094 P 8 26246.825668 -918.226411 -5165.342142 383

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