GPS系統(tǒng)如何組成
GPS系統(tǒng)包括三大部分:空間部分—GPS衛(wèi)星星座;地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng);用戶設(shè)備部分—GPS信號接收機。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/196758.htmGPS衛(wèi)星星座
GPS工作衛(wèi)星及其星座 由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成GPS衛(wèi)星星座,記作(21+3)GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi),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(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度, 一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度。
在兩萬公里高空的GPS衛(wèi)星,當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時,它們繞地球運行二周, 即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣,對于地面觀測者來說,每天將提前4分鐘見到同一顆GPS 衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)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(dǎo)航定位時,為了結(jié)算測站的三維坐標(biāo),必須觀測4顆 GPS衛(wèi)星,稱為定位星座。這4顆衛(wèi)星在觀測過程中的幾何位置分布對定位精度有一定的影響。對于某地某時,甚至不能測得精確的點位坐標(biāo),這種時間段叫做“間隙段”。但這種 時間間隙段是很短暫的,并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時牡己蕉ㄎ徊飭俊?GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。
地面監(jiān)控系統(tǒng)
對于導(dǎo)航定位來說,GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的 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)定軌道運行,都要由地面設(shè)備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)—GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時間,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)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。
GPS信號接收機
GPS 信號接收機的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號, 并跟蹤這些衛(wèi)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(wèi)星 到接收機天線的傳播時間,解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)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(tài)定位中,GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛(wèi)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(wèi)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(biāo)。而動態(tài)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 所位于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(wèi)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(tài)參數(shù)(瞬間三維位置和三維速度)。
接收機硬件和機內(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接收機的結(jié)構(gòu) 分為天線單元和接收單元兩大部分。對于測地型接收機來說,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,接收單元置于測站附近的適當(dāng)?shù)胤剑?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制作成一個整體,觀測時將其 安置在測站點上。
GPS接收機一般用蓄電池做電源。同時采用機內(nèi)機外兩種直流電源。設(shè)置機內(nèi)電池的目的 在于更換外電池時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電池的過程中,機內(nèi)電池自動充電。 關(guān)機后,機內(nèi)電池為RAM存儲器供電,以防止丟失數(shù)據(jù)。
近幾年,國內(nèi)引進了許多種類型的GPS測地型接收機。各種類型的GPS測地型接收機用于 精密相對定位時,其雙頻接收機精度可達5mm+1PPM.D,單頻接收機在一定距離內(nèi)精度可達 10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可達亞米級至厘米級。 目前,各種類型的GPS接收機體積越來越小,重量越來越輕,便于野外觀測。GPS和GLONASS 兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機已經(jīng)問世。
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