全球定位系统的组成

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GPS的系统组成
GPS系统由三部分组成
空间部分 地面控制部分 用户设备部分

GPS的空间部分①
GPS的空间部分的组成

GPS卫星星座


6个轨道面
平均轨道高度20200km
轨道倾角55 ?
周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）
GPS的空间部分②
GPS卫星星座
设计星座：21+3 21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星 保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15?以上，能够同时观测到4颗以上卫星 当前星座：28颗
GPS的空间部分③

GPS的空间部分④
GPS卫星的地面轨迹

GPS的空间部分⑤
GPS卫星
作用：
接收、存储导航电文 生成用于导航定位的信号（测距码、载波） 发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文） 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。 主要设备
太阳能电池板 原子钟（2台铯钟、2台铷钟） 信号生成与发射装置

GPS的空间部分⑥
GPS卫星（续）
类型
试验卫星：block Ⅰ 工作卫星：block Ⅱ
block Ⅱ：存储星历能力为14天，具有SA和AS地能力 block ⅡA （Advanced）：卫星间可相互通讯，存储星历能力为180天，SV35和SV36带有激光反射棱镜 block ⅡR （Replacement/Replenishment）：卫星间可相互跟踪相互通讯 block ⅡF（Follow On）：新一代的GPS卫星,增设第三民用频率

GPS的空间部分⑧

GPS的地面监控部分 ①
地面监控部分 （Ground Segment）
组成
主控站：1个 监测站：5个 注入站：3个 通讯与辅助系统

GPS的地面监控部分②
地面监控部分 （Ground Segment）（续）
分布

GPS的地面监控部分③
监测站（5个）
作用：
接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。 地点：
夏威夷、主控站及三个注入站。

GPS的地面监控部分④
主控站（1个）
作用：
管理、协调地面监控系统各部分的工作， 收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星， 监控卫星状态，向卫星发送控制指令； 卫星维护与异常情况的处理。 地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。


GPS的地面监控部分⑤
注入站（3个）
作用：
将导航电文注入GPS卫星。 地点：
阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）

GPS的用户部分①
组成
用户 接收设备 接收设备
GPS信号接收机 其它仪器设备

GPS的用户部分②
GPS信号接收机
组成
天线单元
带前置放大器 接收天线 接收单元
信号通道 存储器 微处理器 输入输出设备 电源

GPS的用户部分 ③
天线单元
类型
单极天线 微带天线 锥形（螺旋）天线 四丝螺旋天线 空间螺旋天线 背腔平面盘旋天线

GPS的用户部分④
天线单元（续）
特点
单极天线
单频或双频（双极结构）、需要较大的底板、相位中心稳定、结构简单 微带天线
结构简单、单频或双频、侧视角低（适合于机载应用）、低增益、应用最为广泛 锥形（螺旋）天线
四丝螺旋天线 – 单频、难以调整相位和极化方式、非方位对称、增益特性好、不需要底板 空间螺旋天线 – 双频、增益特性好、侧视角高、非方位对称
背腔平面盘旋天线
GPS的用户部分⑤
天线单元
天线特性
相位中心、增益方式、带宽、极化 相位中心
平均相位中心与几何中心 相位中心的偏移 相位中心偏移的消除：归心改正、消去法 天线高 – 标志至平均相位中心所在平面的垂直距离


GPS的用户部分⑥
接收单元
接收（信号）通道
定义：接收机中用来跟踪、处理、量测卫星信号的部件，由无线电元器件、数字电路等硬件和专用软件所组成。 类型：根据信号跟踪方式：序惯通道、多路复用通道和多通道；根据工作原理：码相关通道、平方通道等 存储器 微处理器
作用：数据处理、控制 输入输出设备 电源

GPS的用户部分⑦