gps原理及應用4.ppt

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