GPS信号结构(卫星位置计算)

第二章GPS组成及信号结构——开普勒轨道六参数、卫星空间位置计算GPS定位基本原理WGS-84空间直角坐标系中，未知点（Unknown）与GPS卫星的空间几何关系。0eta米e0i00MIDOTnucCusCrcCCrsCicCisGPS卫星星历文件——N文件RINEX简介Rinex主要有三种数据格式观测数据（OBServationdata，简写OBS，为接收机记录的伪距、相位观测值；O文件）导航数据（NAVavigationdata，简写NAV，记录卫星实时发布的广播星历；N文件）气象数据（METerologicaldata，简写MET，记录气象仪器观测的温、压、湿度状况；M文件）RINEXRINEXDataofthestationHKSCon5June2006fromUTCTime3:00to4:00M:MeteorologicalDataFileN:NavigationFileO:ObservationFileRINEX简介RINEX文件的命名规则为ssssdddf.yyt其中ssss为台站名；ddd为年积日（DayofYear）；f为文件在当天中的序列号，如果为0则表示全天，小时文件以a-x字母表示；yy是年；t是数据类型（o表示观测数据，n表示导航数据，m表示气象数据）。例如：2160217b.07NNavigationFileNavigationFileofHKSCon5June2006fromUTCTime3:00to4:00NavigationFile:DatasectionSatelliteNumberEpochaoa1a2IODCrsΔnMot0eCuseCus√at0eCicΩCisICrcωΩdotIdotL2GPSWeekL2PcodeSatelliteaccuracySatellitehealthTGDIODCTransmissionTimeSpareMot0e:MeanAnomaly-MathematicalAbstractionofTrueAnomalyvNavigationFile:DataSectionNavigationFileofHKSCon5June2006fromUTCTime3:00to4:00ieΩωv(mean)√a0eta米e0i00MIDOTnucCusCrcCCrsCicCis补充：卫星运动一、卫星的无摄运动卫星运动不仅受地心引力的作用，而且还受到非地心引力、日月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动。二、无摄运动的轨道参数1、轨道形状与大小：轨道长半径a偏心率e二、无摄运动的轨道参数2、轨道平面与地球体之间的相对定向：升交点赤经Ω；轨道面倾角i。二、无摄运动的轨道参数3、轨道椭圆在轨道平面上的定向：近地点角距ω二、无摄运动的轨道参数4、卫星在轨道平面上的位置：真近点角V数学天才——开普勒开普勒（1571-1630），德国天文学家，第谷的助手,擅长数学归纳。1609年发表《新天文学》提出了行星运动第一和第二定律十年后开普勒发表了他的行星运动第三定律开普勒第一定律(轨道定律)所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上．行星轨道焦点太阳焦点●o焦点焦点半长轴a椭圆上某点到两个焦点的距离之和与椭圆上另一点到两焦点的距离之和有什么关系?离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢．FF２．开普勒第二定律（面积定律）对于每一个行星，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过的面积相等．３．开普勒第三定律（周期定律）所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等．kTR23　RFF地球比值k是与行星无关而只与中心天体有关的恒量．2.3GPS卫星空间位置计算——根据广播星历计算卫星位置计算思路首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-k角，求出卫星在地固系下的坐标轨道平面坐标系轨道参数地心升交点xy近地点卫星近地点角距真近点角升交距角GPS卫星在轨位置计算①卫星运行的平均角速度首先按下式计算然后，根据电文给出的摄动改正数，计算经摄动改正后的平均角速度n0n1/203GMna14323.98600510(/)GMmsn0nnnGPS卫星在轨位置计算②规划时刻电文中给出的GPS卫星轨道参数是对应于参考时刻toe的。因此，于某时刻t观测卫星，需将观测时间t归化为tktk＝t－toe式中tk称作以参考时刻toe为基准的规划观测时间。在计算tk时，应注意toe是由每星期历元（星期六/星期日子夜零点）开始计量的。GPS卫星在轨位置计算③计算观测时刻的卫星平近点角式中为电文中给出的参考时刻的平近点角。kM0kkMMnt0Moet平近点角——卫星以平均角速度离开近地点的地心角距。GPS卫星在轨位置计算④计算观测时刻的偏近点角根据卫星电文给出的偏心率和算出的，用开普勒方程进行迭代解算。kEekMsinkkkEMeEGPS卫星在轨位置计算⑤计算真近点角根据“二体问题”公式则的计算公式为或采用下式计算kfcoscos/1coskkkfEeeE2sin1sin/1coskkkfeEeE2arctan1sin/coskkkfeEEekf2arctan1/1tan/2kkfeeEGPS卫星在轨位置计算⑥计算升交距角式中为卫星电文给出的近地点角距。kkkf地心升交点xy近地点卫星近地点角距真近点角升交距角GPS卫星在轨位置计算⑦计算摄动改正项，和urisin2cos2ukkusucCCsin2cos2rkkrsrcCCsin2cos2ikkisicCCGPS卫星在轨位置计算⑧计算经摄动改正的升角距角、卫星矢径和轨道倾角kukrkikkuu(1cos)kkrraeE0kkiiiitGPS卫星在轨位置计算coskkkxrusinkkkyru0kz地心升交点xy近地点卫星近地点角距真近点角升交距角⑨计算卫星在轨道坐标系的位置GPS卫星在轨位置计算⑩计算卫星在WGS-84坐标系中的位置修正后的升交点经度为式中，为升交点在时的经度；为赤经变化率；为地球自转角速度。将卫星在轨道坐标系的坐标，经坐标转换，算出卫星在WGS-84坐标系的坐标0kekeoett0oete,,kkkxyzcoscossinsincoscossinkkkkkkkkkkkkkkkXxyiYxyiZyi作业题：1、GPS系统由哪几部分组成，并说明其作用？2、GPS系统中卫星的广播星历是由（）编制的：A卫星上的处理器B主控站C监测站D注入站3、GPS测量中，如何消除天线平均相位中心偏差的影响？4、名词解释：天线高接收通道