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標題: 衛星/地面/監控/信號接收 GPS定位原理 [打印本頁]

作者: codysteele1254 時間: 2011-1-7 00:53 標題: 衛星/地面/監控/信號接收 GPS定位原理

GPS系統包括三大部分：空間部分—GPS衛星星座；
　　　　　　　　　　地面控制部分—地面監控系統；
　　　　　　　　　　用戶設備部分—GPS信號接收機。

GPS衛星星座

GPS工作衛星及其星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成GPS衛星星座，記作（21+3）GPS星座。24顆衛星均勻分佈在6個軌道平面內，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經各相差60度。每個軌道平面內各顆衛星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛星超前30度。

在兩萬公里高空的GPS衛星，當地球對恆星來說自轉一周時，它們繞地球運行二周，即繞地球一周的時間為12恆星時。這樣，對於地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS衛星。位於地平線以上的衛星顆數隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆，最多可見到11顆。在用GPS信號導航定位時，為了結算測站的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛星，稱為定位星座。

地面監控系統

對於導航定位來說，GPS衛星是一動態已知點。星的位置是依據衛星發射的星歷—描述衛星運動及其軌道的參數算得的。每顆GPS衛星所播發的星歷，是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否正常工作，以及衛星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監測和控制。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處於同一時間標準—GPS時間系統。這就需要地面站監測各顆衛星的時間，求出鍾差。然後由地面注入站發給衛星，衛星再由導航電文發給用戶設備。GPS工作衛星的地面監控系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站。

GPS信號接收機

GPS信號接收機的任務是：能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，並跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測站的三維位置，位置，甚至三維速度和時間。

靜態定位中，GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的過程中固定不變，接收機高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。而動態定位則是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機所位於的運動物體叫做載體（如航行中的船艦，空中的飛機，行走的車輛等）。載體上的GPS接收機天線在跟蹤GPS衛星的過程中相對地球而運動，接收機用GPS信號實時地測得運動載體的狀態參數（瞬間三維位置和三維速度）。

接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的後處理軟件包，構成完整的GPS用戶設備。GPS接收機的結構分為天線單元和接收單元兩大部分。對於測地型接收機來說，兩個單元一般分成兩個獨立的部件，觀測時將天線單元安置在測站上，接收單元置於測站附近的適當地方，用電纜線將兩者連接成一個整機。也有的將天線單元和接收單元製作成一個整體，觀測時將其安置在測站點上。

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