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詳細信息
全球衛星定位系統簡介
2009-10-11
全球衛星定位系統簡介
全球衛星定位系統
    全球衛星定位系統(Global positioning system)是具有全球性、全能性、全天候優勢的導航、定時、測速系統。
    GPS系統衛星均勻地分布在6個相對赤道夾角為55度近似圓形的軌道平面內,各軌道平面形成60度的夾角,軌道距地面高度20.2公里。它們11小時58分(12恒星時)繞地球一周,這種布局保證了地球上任何地點、任何時間最少可同時收到4顆衛星信號。地面導航定位時有3顆衛星信號即能實現定位和測速。
定位原理
    GPS系統的每顆衛星上都安裝了標準頻率的銫原子鐘、計算機、存儲器、信號收發器、太陽能電源等。星體上裝有12單元的螺旋天線陣,向地面不間斷地發送1.57542GHZ(L1波段)和1.22760GHZ(L2波段)的導航電文信號,導航電文包含星歷參數、時間參數等信息。對于導航定位來說,衛星是個動態已知點(三維坐標已知),地面接收機收到這些信息后,通過得到的各衛星的三維坐標(星歷參數)、各星的時間參數等信息,便可計算出衛星到達接收機的時間,進而求出接收機的三維坐標X,Y,Z。
定位精度
    目前GPS系統提供兩種導航電文服務:一種是高精度定位服務的P碼,只供美國和盟國的軍方和特許民用部門使用;另一種為普通精度的C/A碼,向全球免費開放。為防止GPS系統用于軍事目的,美國政府曾一度采取SA政策(即人為降低GPS的定位精度)。取消SA政策后,C/A民用碼的定位精度可在10米以內,采用差分技術后精度可大1米以內。
    改進型的GPS BLOCK2R型衛星更強化了新的功能:在L2頻率上加載C/A碼、在L2和L1播發P碼的同時,實驗性地在這兩個頻率上加載新的M碼,專供美國軍方使用。 BLOCK2F型衛星的功率在兩個通道上都有很大提高 ,并加M碼的功率和增加第三個頻率(L5)。
2008年空中運行的衛星至少有18顆BLOCK2F型衛星,以證M碼的全球覆蓋。這也是美國軍事霸權優勢的需要。
地面監控系統 
    衛星上的設備工作狀態、衛星的軌道運行狀態,都由地面設備進行監測和控制。地面監控系統由一個主控站、三個注入站、五個監測站組成。
    主控站的功能:  對空中的衛星進行監控,向衛星發布測控指令。當某個衛星出現故障時,主控站可調度空中備用衛星;根據個監控站對GPS的觀測數據,求出時鐘誤差值,指控注入站將修正值發給衛星。
注入站的功能:  當衛星通過其上空時,將主控站計算出的衛星星歷及衛星的時間修正參數和控制指令注入到衛星上去。
    監控站的功能:  接收衛星信號,監測衛星的工作狀態,檢測衛星是否處于同一標準時間。
衛星接收機    
    GPS接收機由收信單元的硬件部分、微處理器、軟件構成。接收機時實接收GPS導航電文,并對其放大、變換、處理,解譯出衛星所發導航電文,進而測算出衛星天線到接收機天線的時間,計算出接收機的三維位置、速度、和時間。
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