4 GPS卫星的导航电文和卫星信号

第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文主要内容卫星星历时钟改正电离层时延改正工作状态信息C/A码转换到捕获P码的信息GPS卫星的导航电文作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息基本结构...第1字遥测字(30bits)第2字交接字(30bits)...第10字(30bits)第1子帧（第1数据块）(300bits)第1字遥测字(30bits)第2字交接字(30bits)...第10字(30bits)第2子帧（第2数据块）(300bits)第3子帧（第2数据块）(300bits)第4子帧（第3数据块）(300bits)第5子帧（第3数据块）(300bits)第1主帧(1500bits)第2主帧(1500bits)...第1子帧（第1数据块）(300bits)...第5子帧（第3数据块）(300bits)第25主帧(1500bits)导航电文GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文基本内容GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文遥测码（TLM–TelemetryWord）每一子帧的第1个字码用作捕获导航电文的前导转换码（HOW–HandOverWord）每一子帧的第2个字码主要内容：Z计数GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文第一数据块第1子帧的第3~10字码内容：WN–GPS周L2所调制测距码标识符–“10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码传输参数N–URATGD–信号在卫星内部的时延星钟数据龄期AODC星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）GDSVLSVTtt1)(LOCttAODC2210)()(ococSVttattaatGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文第二数据块第2、3子帧内容该发送信号卫星的星历－广播星历星历参数AODEtCCCCCCiiaenMoeisicrsrcusuc,,,,,,,,,,,,,,,,000GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文第三数据块第4、5子帧内容：所有卫星历书（概略星历）第三数据块的内容每12.5分钟重复一次GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星的导航电文GPS卫星信号GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号概述GPS卫星信号的组成部分载波（Carrier）L1L2测距码（RangingCode）C/A码（目前只被调制在L1上）P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）卫星（导航）电文（Message）GPS卫星信号的生成关键设备–原子钟GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号GPS卫星的基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生频率为10.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频1012020001541575.42MHz;19.03cm1201227.60MHz;24.42cm/101.023MHz;10.23MHz;2046000050LLLLffffCAfPffHz码码率码码率卫星（导航）电文码率GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号载波①作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后增加L5–频率：115f0=1176.45MHz；波长：25.48cmL119.03cmL224.42cmGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号载波②特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号测距码①作用测距性质为伪随机噪声码（PRN－PseudoRandomNoise）不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数）对齐的同一组码间的相关系数为1GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号测距码②类型目前C/A码（Coarse/AcquisitionCode）–粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上P（Y）码（PreciseCode）–精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上现代化后在L2上调制C/A码在L1和L2增加调制M码GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号卫星信号的调制①模二和运算规则二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则000;110;101;011111;111;111;111GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号卫星信号的调制②二进制信号的相位调制)cos()()(ttBtS调频FM调幅AM调相PM注：其它调制方式GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号卫星信号的调制③GPS卫星信号的调制示意图卫星信号的调制原理)cos()()()()sin()()()cos()()()(22211111LLiiPLLLiiCLLiiPLttDtPBtSttDtCAttDtPAtSGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星信号GPS卫星位置的计算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卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星位置的计算升交点Z'(Z)Y'X'ro春分点轨道平面卫星Ω升交点赤经i轨道倾角轨道椭圆中心赤道面近地点ω近地点角距长半径t0过近地点时刻e轨道偏心率地心f真近点角XY起始子午面Ω升交点经度kGASTxyGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星位置的计算计算过程计算卫星运行的平均角速度计算归化时间tk计算t时刻卫星的平近点角计算偏近点角03314320()843.98600510GMnaaWGSmsnnn称为地球引力常数，在系中定义为kkntMM0kkkEeMEsinGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星位置的计算oekttt计算过程（续）计算真近点角计算升交距角eEEearctgVkkkcossin12GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星位置的计算kV计算过程（续）计算摄动改正项进行摄动改正计算卫星在轨道平面坐标系中的位置))('2sin())('2cos()())('2sin())('2cos()())('2sin())('2cos()(tuCtuCtituCtuCtrtuCtuCtuisicrsrcusuc)()()()()(')()()(')(0tittiititrtrtrtututuoe)(sin)()()(cos)()(tutrtytutrtxGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星位置的计算计算过程（续）计算升交点经度计算卫星在地固坐标系下的坐标计算卫星在协议地球坐标系中的坐标oeeoeektttt)()()(0)(sin)(cos)(cos)(sin)(sin)(cos)(cos0))(())((tyttiytxttiytxyxtiRtRZYXkkkkkxkZGPS卫星的导航电文和卫星信号GPS卫星位置的计算GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理徕卡GPS接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理天宝GPS接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理天宝GPS接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理南方灵锐GPS接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理拓普康GPS接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理中海达GPS接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理阿斯泰克GPS接收机GPS接收机分类用途导航型测地型授时型载波频率单频接收机双频接收机GPS接收机基本工作原理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理GPS接收机分类（续）通道数多通道序贯通道多路多用通道工作原理码相关型平方型混合型干涉型GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理GPS接收机的组成及工作原理组成天线单元主机单元电源GPS接收机天线接收机天线：转化前置放大器：放大GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理GPS接收机的组成及工作原理（续）接收机主机变频器及中频放大器：变频、放大信号通道：核心搜索、牵引、跟踪卫星解扩、解调测量存储器：存储数据微处理器：灵魂开机自检搜索、跟踪卫星计算接收用户输入信号显示器GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理GPS接收机的组成及工作原理（续）电源内电源：锂电池外接电源：电瓶接收机的主要任务捕获、跟踪卫星变频、放大、处理GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理软件GPS接收机基本结构硬件部分天线：接收信号RF：放大、转换、输出ADC：信号数字化软件部分信号捕捉单元信号跟踪单元子帧识别单元获取星历数据和伪距单元卫星视位置计算单元用户定位计算单元GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理软件GPS接收机（续）优点有利于提高测量精度便于GPS信号的升级换代便于多种算法集成于一台接收机便于接收机低功耗、小型化GPS卫星的导航电文和卫星信号GPS接收机基本工作原理主要技术参数接收机：12个并行的独立通道、可同时接收12颗卫星L1载波相位、C／A码伪距，1575.42MHz扁平有源天线带内装式抑径板根据卫星高度及卫星运行的健康状况自动选择卫星flash闪存内存16M（与优盘同芯片组），可存储连续约20天数据量240*160的大液晶显示屏两块高性能锂电池连续工作时间长达16小时之久GPS卫星的导航电文和卫星信号北极星9600型GPS接收机简介北极星9600型GPS接收机简介主要技术参数静态相对定位精度：静态基线：±（5mm+1ppm高程：±（10mm＋2ppm）同步观测时间：45分钟左右同步观测时间的多少与所测距离有关与要求达到的精度有关与观测时间段及卫星图形强度等因素有关GPS卫星的导航电文和卫星信号北极星9600型GPS接收机简介接收机操作初始界面模式的选择智能模式手动模式节电模式GPS卫星的导航电文和卫星信号北极星9600型GPS接收机简介F1F2F3F4PWR接收机操作初始界面指示灯含义显示屏上方三个指示灯依次电源灯、卫星灯、信息灯。若正在使用A电池，则电源灯为绿灯；若正在使用B电池，则电源灯为黄灯；若A、B电池均不足，则电源灯变为红色，此