全球定位系統(tǒng)的組成

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分——GPS星座（GPS星座是由24顆 衛(wèi)星組成的星座，其中21顆是工作衛(wèi)星，3顆是備份衛(wèi)星）；地面控制部分——地面監(jiān)控 系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——GPS信號(hào)接收機(jī)。

①空間部分。

GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20,200千米的上空，均勻分 布在6個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面4顆），軌道傾角為55°。此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星 在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并 能保持良好定位解算精度的幾何圖像。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰�。GPS 衛(wèi)星產(chǎn)生兩組電碼，一組稱為C/A碼（Coarse/ Acquisition Code 11023MHz); —組稱為 P碼（Precise Code 10123MHz)，P碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美 國(guó)軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無(wú)法解讀，主要為美國(guó)軍方服務(wù)。C/A碼人為采取 措施而刻意降低精度后，主要開(kāi)放給民間使用。

②地面控制部分。

地面控制部分由一個(gè)主控站，5個(gè)全球監(jiān)測(cè)站和3個(gè)地面控制站組成。監(jiān)測(cè)站均配裝 有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測(cè)量到所有可見(jiàn)衛(wèi)星的接收機(jī)。監(jiān)測(cè)站將取得的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)， 包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測(cè)站收集跟蹤 數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3個(gè)地面控制站。地面控制站在 每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站指令注入到衛(wèi)星。這種注人對(duì)每顆GPS 衛(wèi)星每天一次，并在衛(wèi)星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生 故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間，但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。

對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷 (描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道）的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷是由地面監(jiān)控系統(tǒng) 提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由 地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo) 準(zhǔn)——GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注 入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè) 主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。

③用戶設(shè)備部分。

用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選 擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，即可測(cè)量 出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù) 據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理 位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處 理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。 接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時(shí)不中 斷連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供 電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接收機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外 觀測(cè)使用。

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