GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理.ppt

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1、一.衛(wèi)星的地心直角坐標(biāo)系GPS采用WGS84坐標(biāo)系格林經(jīng)線零度S（x,y,z）Oxzy東90度GPS定位計(jì)算時(shí)必須進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。（WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)系）二、GPS的定位原理用戶地面站衛(wèi)星1.定位原理GPS屬球面導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星的位置根據(jù)衛(wèi)星歷書(shū)計(jì)算可得(x,y,z)用戶連續(xù)測(cè)到3顆衛(wèi)星的距離，即可得到三個(gè)球面，其交點(diǎn)即為用戶的位置三.偽測(cè)距1.衛(wèi)星及用戶的時(shí)間偏差衛(wèi)星的時(shí)間偏差用戶的時(shí)鐘偏差2.信號(hào)傳播延遲綜和以上因素，用戶利用GPS接收機(jī)測(cè)得的距離不是用戶到衛(wèi)星的真距離，稱(chēng)為“偽距離”，測(cè)量偽距離稱(chēng)為偽測(cè)距。2.偽測(cè)距由于

2、衛(wèi)星鐘誤差、用戶鐘誤差、信號(hào)傳播誤差（電離層折射誤差和對(duì)流層折射誤差）等的影響，GPS接收機(jī)測(cè)得的用戶到衛(wèi)星的距離不是真實(shí)距離，稱(chēng)為偽距離。用戶到第i顆衛(wèi)星的真實(shí)距離:：X、Y、Z及Xsi、Ysi、Zsi分別是用戶和衛(wèi)星在空間三維坐標(biāo)。3.定位計(jì)算1）導(dǎo)航儀根據(jù)其內(nèi)存儲(chǔ)的GPS歷書(shū)，計(jì)算衛(wèi)星的概略位置2）導(dǎo)航儀根據(jù)鍵入的推算船位、時(shí)間、精度幾何因子數(shù)值選擇仰角≥5°、幾何配置最好的4顆或3顆衛(wèi)星3）導(dǎo)航儀對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行頻率和偽碼的二維搜索，碼同步后轉(zhuǎn)入載波相位跟蹤、檢測(cè)和存儲(chǔ)導(dǎo)航電文；4）導(dǎo)航儀根據(jù)所測(cè)的偽距、從衛(wèi)星星歷算出的衛(wèi)星位置

3、、及傳播延時(shí)的計(jì)算和修正，計(jì)算出用戶的位置第二節(jié)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)置一、GPS地面站1.跟蹤站：接收包括環(huán)境數(shù)據(jù)在內(nèi)的衛(wèi)星的各種信息，并將測(cè)定的信息傳送到主控站；所測(cè)偽距1.5s更新一次，電離層氣象數(shù)據(jù)15min平滑一次。2.主控站：收集、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，計(jì)算各衛(wèi)星原子鐘的校正參量、衛(wèi)星歷書(shū)、衛(wèi)星星歷、系統(tǒng)狀態(tài)并形成導(dǎo)航信息碼，送注入站；控制和調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，啟用備用衛(wèi)星。3.注入站：地面站或地面天線，將導(dǎo)航信息送給衛(wèi)星。二、GPS導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)1.GPS導(dǎo)航衛(wèi)星☆24（21+3）顆高軌20183km）衛(wèi)星，分布在6個(gè)軌道面上，軌道傾角約55度

4、，地平線7.5度以上至少可以看到4顆，地平線上至少看到5顆，最多11顆；運(yùn)行周期約11h58m（717.88m），約12h?！铍p頻發(fā)射：L1波段（1575.42MHz），P碼、CA碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)調(diào)制；L2波段（1227.60MHz），P碼和導(dǎo)航數(shù)據(jù)調(diào)制；以后增加L5（1176MHz）☆電源：太陽(yáng)能、鎘鎳電池☆衛(wèi)星鐘：原子鐘1980.1.6.☆微處理器、存儲(chǔ)器、收發(fā)機(jī)、監(jiān)測(cè)傳感器、應(yīng)急通信轉(zhuǎn)發(fā)器、30度波束圓極化天線2.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文1）P碼和CA碼CA碼：低速、短周期的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼，（1.023MHz、1ms），測(cè)距精度低，協(xié)助

5、捕獲P碼P碼：快速、長(zhǎng)周期的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼，（10.23MHz、7day），測(cè)距精度高，難于捕獲優(yōu)點(diǎn):a.抗干擾CA（P）碼有良好的自相關(guān)函數(shù)，使其易于在噪聲背景中被識(shí)別；不同的CA（P）碼間有良好的互相關(guān)函數(shù)，則不同的衛(wèi)星信號(hào)間的相互干擾很小。b.碼分多址識(shí)別：CA碼：1025種；P碼：1444種c.偽碼加密GPS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CA（P）碼擴(kuò)頻發(fā)射，又需經(jīng)解擴(kuò)提取d.精確測(cè)距GPS衛(wèi)星發(fā)射偽碼和用戶本機(jī)采用的基準(zhǔn)偽碼結(jié)構(gòu)相同且時(shí)間嚴(yán)格同步，衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)空間傳播后背用戶接受，相同結(jié)構(gòu)的碼之間的時(shí)間差即為傳播延時(shí)。用戶本機(jī)產(chǎn)生的基準(zhǔn)偽碼通過(guò)

6、碼相關(guān)電路跟蹤接受偽碼，形成本機(jī)跟蹤偽碼，本機(jī)跟蹤偽碼與本機(jī)基準(zhǔn)偽碼比較，從而測(cè)量出衛(wèi)星到用戶的傳播延時(shí)，該延時(shí)乘以光速即到得到“偽距離”。GPS接受機(jī)通過(guò)GPS天線接受到微弱的衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)前置放大器放大送至變頻器把射頻（RF）信號(hào)變化成中頻（IF）信號(hào)，經(jīng)過(guò)中頻放大后，送至信號(hào)解擴(kuò)解調(diào)器電路，解擴(kuò)解調(diào)電路的作用是：通過(guò)碼相關(guān)電路使本機(jī)跟蹤偽碼在時(shí)間上和接收的衛(wèi)星信號(hào)偽碼對(duì)準(zhǔn)，去處衛(wèi)星信號(hào)中的偽隨機(jī)噪聲碼，解調(diào)出GPS數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)同步、濾波處理后檢出GPS衛(wèi)星電文。