GPS卫星星座基本情况
GPS
GPS卫星分布在 6 个轨道平面内，每个轨道分布有 4 颗卫星，各轨道平面升交点的赤经相差 55 度。
轨道倾角为 55 度，各轨道平面之内相距 60 度，在距地球 20200 公里的高空中运行。
GPS与INS（惯性导航）按综合深度可分为松散综合和紧密综合两类GPS系统属于被动式导航定位系统，北斗双星导航定位系统属于主动式导航定位系统。
（填主动式或被动式）GPS的英文全称是 Global Positioning System ，汉语意思是全球定位系统。
不同空间直角坐标系间的转换，布尔萨七参数模型中，七个参数分别是ZYX∆∆∆、、，mzyx,,,εεε在开普勒七参数中，椭圆长半径s a，偏心率s e，真近点角s f唯一地确定了卫星轨道的形状、大小及卫星轨道上的瞬时位置。
卫星轨道六要素有升交点赤经Ω轨道倾角i 近地点张角w 轨道长半轴a 轨道偏心率e 真近点角Mf 。
GPS的星历数据和用户定位数据都采用 WGS-84坐标系坐标系统。
电磁波的频率越小，电离层折射的影响大。
GPS信号包括载波信号测距码和导航电文等信号分量，其中测距码码又包括 C/A 码和 P 码。
导航电文主要包括卫星星历、卫星钟改正参数时间系统工作状态信息以及由C/A码确定P码的交换码信息。
GPS定位建立在全球大地系统的基础上，它是以为地球质心原点与地球固连得坐标系，属于协议地球坐标系坐标系。
GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。
为了描述卫星之间的几何关系，引入了几何精度因子的概念。
它反映了由于几何关系的影响造成的测量精度与用户位置间的比例系数，与坐标系的无关选择。
（填有关或无关）在GPS定位中，影响测量的偏差可以分为与卫星有关的偏差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的偏差三类。
根据GPS/INS组合导航系统中GPS与INS两系统间的信息交换的深度可以把组合系统的功能结构分为非耦合方式、松组合方式、紧组合方式。
GPS系统主要由卫星星座地面控制系统接收机三大部分组成。
第一章绪论 第二节导航定位卫星及其星座
GPS测量定位技术
一、GPS卫星及星座
GPS系统主要是为美国海陆空三军服务的，它具有广 泛的军事用途，例如，为地面部队迅速行动指明方位， 为核潜艇导航，为弹道导弹导航，检测全球核爆炸，摄 取全球性的军事情报，反潜艇，反导弹等等。因此， GPS卫星的内部设备复杂而繁多，例如，为了战略部队 的应急通讯，美国在GPS卫星上安装战略通信机，其重 量达16.03㎏，体积为0.0124m3，采用240-272MHZ、 318-400MHZ和7900-8000MHZ的微波信号，辐射功率 为20W。
GPS测量定位技术
二、前苏联GLONASS全球卫星导航系统
1.卫星星座 GLONASS卫星星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道，轨 道面间的夹角为120°，轨道倾角64.8°，轨道的偏心率为 0.01，每个轨道上等间隔地分布8颗卫星。卫星离地面高 度 为 19100km ， 运 行 周 期 为 11 小 时 15 分 。 由 于 GLONASS卫星的轨道倾角大于GPS卫星的轨道倾角，所 以在高纬度（50°以上）地区的可视性较好。 每颗GLONASS卫星上装有铯原子钟，以产生高稳定的 时标，并向所有星载设备提供同步信号。星载计算机将从 地面控制站接收到的信息进行处理，生成导航电文向地面 的用户广播。
GPS测量定位技术
第一章 绪论
•学习目标 •第一节 卫星大地测量及其发展 •第二节 导航定位卫星及其星座 •第三节 GPS在国民经济建设中的应用 •本章小结 •思考题与习题
GPS测量定位技术
第一章 绪论
学习目标
•了解GPS系统的构成，卫星的个数及寿命，卫星的 运行周期及发射功率，原子钟的精度，定位信号频 率。GPS的地面控制系统和截止2003年10月，目前GPS在轨工作卫星为28颗，其中 17号星在2003年6月6日至7月23日期间列为不健康状况，7 月9日其星钟从Cs4转为Rb2，卫星移到D6星位上又开始正 常运行。现在工作的卫星编号从1号至31号之间，只有12号、 19号、22号为空缺。28颗卫星中有3颗为BLOCKII卫星，17 颗为BLOCKIIA卫星，8颗为BLOCKIIR卫星，正在用铯钟(Cs) 运行的有11颗卫星，其余均用铷钟(Rb)，在1993年11月22 日启用的卫星达15颗，即工作差不多十年以上的卫星数目 过半数，最早的一颗卫星还是1989年6月发射的。原先21号 星是1990年8月2日发射的，去年9月25日出现异常情况， 于2003年1月27日宜布退出服务，现已为2003年3月31日 发射的卫星所接替，后者在4月12日投入正式服务。
gps星座轨道参数
gps星座轨道参数1.引言1.1 概述概述部分的内容是对GPS星座轨道参数这个主题进行简要介绍。
在这一部分，我们可以提到GPS星座是由一组卫星组成的系统，其目的是为全球定位系统（GPS）提供准确的定位信息。
每颗卫星都绕地球以特定的轨道运行，这些轨道参数对于GPS系统的正常运行至关重要。
GPS星座轨道参数包括卫星的轨道高度、轨道倾角、升交点经度以及轨道偏心率等。
轨道高度决定了卫星与地球之间的距离，而轨道倾角则影响了卫星在天空中的位置。
升交点经度表示了卫星轨道与地球赤道的交点位置，而轨道偏心率则反映了卫星轨道的离心程度。
通过精确控制GPS星座轨道参数，可以保证卫星系统的稳定性和可靠性。
这些轨道参数的调整需要考虑许多因素，如地球引力、大气阻力和其他卫星的相互干扰等。
同时，精确的轨道参数还能够为GPS用户提供更准确的定位和导航服务。
在本文中，我们将详细介绍GPS星座轨道参数的相关知识，并分析其对于GPS系统性能的影响。
通过深入探讨这些参数的特点和调整方法，我们旨在为读者提供更全面、准确的了解，并为相关领域的研究和应用提供参考依据。
1.2 文章结构文章结构部分内容如下：文章结构部分将介绍本文的组织结构和章节安排，以帮助读者更好地了解全文的内容。
本文共分为三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分，我们将概述本文的主题和背景，并说明本文的目的。
首先，我们将简要介绍GPS星座和其在定位导航系统中的重要性。
接下来，我们将阐述全文的目标和意义，以引发读者的兴趣并概括本文的核心内容。
正文部分是本文的主体部分，分为两个小节：GPS星座和轨道参数。
在GPS星座小节中，我们将详细介绍GPS星座的概念、构成和功能。
我们将讨论GPS星座的组成要素，包括卫星和地面控制部分，并解释它们在GPS系统中的作用。
然后，我们将深入探讨轨道参数的重要性和定义，并解释它们对GPS星座的影响。
结论部分将对本文进行总结并展望未来的发展方向。
我们将概括本文的主要观点和结论，并提供一些关于GPS星座轨道参数研究的展望。
GPS、GALILEO、BDS、GLONASS四大卫星定位系统的论述
ＧPS、GALＩLEO、BDＳ、ＧＬONASS四大卫星定位系统得论述一、基本介绍➢GPS数量:由2４颗卫星组成。
轨道:高度约２0200公里,分布在６条交点互隔6０度得轨道面上。
精度:约为10米、用途:军民两用。
进展:１9９3年全部建成,正在实验第二代卫星系统,计划发射2０颗。
➢GLONASS数量:２４颗卫星组成;精度:1０米左右;用途:军民两用;进展:目前已有１７颗卫星在轨运行,计划２00８年全部部署到位、➢GAＬILEO数量:3０颗中高度圆轨道卫星组成,２7颗为工作卫星,３颗为候补;轨道:高度为24１2６公里,位于３个倾角为5６度得轨道平面内;精度:最高精度小于１米;用途:主要为民用;进展:20０5年12月２８日首颗实验卫星已成功发射,预计2０08年前可开通定位服务。
➢BＤS数量:3颗卫星组成,２颗为工作卫星,１颗为备用卫星;用途:军民两用;进展:前两颗分别于2００0年与20０３年发射成功。
二、系统组成❖空间部分➢GPS:GＰS得空间部分就是由24颗卫星组成(21颗工作卫星;3颗备用卫星),它位于距地表20２00km得上空,均匀分布在６个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。
卫星得分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上得卫星,并能在卫星中预存导航信息,GPS得卫星因为大气摩擦等问题;随着时间得推移,导航精度会逐渐降低➢GLＯNASS:ＧＬONASS系统采用中高轨道得２4颗卫星星座,有21颗工作星与3颗备份星,均匀分布在3个圆形轨道平面上,每轨道面有８颗,轨道高度H=1９000kｍ,运行周期T＝11h15min,倾角ｉ=６4。
８°。
➢GＡＬIＬEＯ:如下图所示,3０颗中轨道卫星(MEO)组成Galilｅo得空间卫星星座。
卫星均匀地分布在高度约为2361６kｍ得3个轨道面上,每个轨道上有10颗,其中包括一颗备用卫星,轨道倾角为5６°,卫星绕地球一周约14h22min,这样得布设可以满足全球无缝隙导航定位、卫星得设计寿命为2０年,每颗卫星都将搭载导航载荷与一台搜救转发器。
GPS常识
GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
组成：空间部分，地面部分，用户部分GPS卫星星座:设计：21+3（备用） 6个轨道，高度20200km倾角 55°周期 11h58min，地球卫星关系，每天提前四分钟。
当前：34颗，可用31颗GPS信号基本组成部分：载波，测距码，导航电文。
载波：搭载其他信号，也可用于测距。
L1 L2 L5(后加的) 测距码 C/A码。
导航电文：广播星历，卫星钟改正，历书，电离层信息，卫星健康。
GPS定位的误差来源：GPS卫星，传播途径，接收机，其他。
GPS定位原理：距离后方交会精度因子：DOP值位置精度因子：PDOP值越小（四颗卫星与接收机组成六面体面积越大），精度越高。
SA（Selective Availability）政策即可用性选择政策，通过控制卫星钟和报告不精确的卫星轨道信息来实现。
它包括两项技术：第一项技术是将卫星星历中轨道参数的精度降低到200米左右；第二项技术是在GPS卫星的基准频率施加高抖动噪声信号，而且这种信号是随机的，从而导致测量出来的伪距误差增大。
通过这两项技术，使民用GPS定位精度重新回到原先估计的误差水平，即大约100米。
AS(Anti-Spoofing)政策即反电子欺骗政策。
它将P码与高度机密的W码模2相加形成新的Y码。
其目的在于防止敌方对P码进行精密定位，也不能进行P 码和C/A码相位测量的联合求解。
GPS伪距测量：载波相位测量：载波相位差分观测值（求差方式：站间求差，卫星求差，历元求差）。
GPS卫星星座基本情况
GPS 卫星星座基本情况概述3颗在轨备用卫星组成，记作（21+3）GPSGPS 星座。
GPS 卫星星座的组成以及卫星的分布情况24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。
每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度，以保证全球均匀覆盖的要求。
在两万公里高空的GPS 卫星，当地球相对于恒星来说自转一周时，它们绕地球运行2周，即绕地球运行一周的时间为12恒星时。
这样对于地面观测者来说，每天将提前４分钟看到同一颗GPS 卫星。
位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见４颗，最多可见１１颗。
再用GPS 卫星信号定位导航时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS 卫星，称为定位星座。
这4颗卫星在定位过程中的几何位置的几何位置分布对定位精度有一定影响。
3颗在轨的备用工作卫星相间布置在3个轨道平面中，随时可以根据指令代替发生故障的其他卫星，以保证整个GPS 空间星座正常而高效地工作。
GPS 空间卫星的设计和发射GPS 空间卫星的设计和发射分为3个阶段。
第一阶段（Block Ⅰ）从1978年到1984年共研制和发射了11颗卫星，卫星的设计寿命为5年，用于，用与全球定位系统的实验，通常称为GPS 试验卫星。
第二阶段（Block Ⅱ，ⅡA ）从1980年2月14日发射成功到1994年3月10日共研制和发射了24（21+3）颗卫星，卫星的设计寿命为7.5年，宣告了GPS 系统进入了工程实用阶段，通常称为GPS 工作卫星。
与Block Ⅱ相比较，Block ⅡA 争强了军事应用功能，扩大了数据存储容量，Block Ⅱ只能存储供14d 用的导航电文，而Block ⅡA 能存储供180d用的导航电文，确保在特殊情况下使用GPS卫星。
第三阶段为更新工作卫星（BlockⅢ,ⅡR），更新卫星于20世纪末21世纪初发射完毕，以逐步取代第二代卫星，进一步改善全球定位系统。
gps星座轨道根数的基本特点。
gps星座轨道根数的基本特点。
GPS星座轨道根数是指描述GPS卫星轨道形状和位置的一组参数，包括卫星轨道倾角、升交点赤经、升交点赤纬、轨道半长轴、轨道偏心率、近地点幅角和升交点幅角等。
这些参数决定了GPS卫星在地球上的运动轨迹，为GPS导航系统的正常运行提供了基础。
GPS星座轨道根数具有稳定性。
GPS卫星的轨道根数是通过测量和计算得到的，一旦确定，基本上不会发生变化。
卫星的轨道根数在发射前就已经确定，并且在卫星的整个使用寿命内保持不变。
这种稳定性保证了GPS系统的可靠性和持续性。
GPS星座轨道根数具有周期性。
GPS卫星的轨道是椭圆形的，卫星在轨道上按照一定的周期运行。
周期性意味着卫星在固定的时间间隔内重复运动，这样可以保证GPS系统的连续性。
周期性还使得GPS 系统能够预测卫星的位置和轨道，从而提供准确的定位和导航服务。
GPS星座轨道根数具有多样性。
GPS卫星的轨道根数可以有多种选择，这取决于设计和要求。
不同的根数组合可以满足不同的需求，例如提高定位精度、增加覆盖范围等。
多样性使得GPS系统具有灵活性和适应性，能够应对不同的应用场景和需求。
GPS星座轨道根数具有精确性。
GPS卫星的轨道根数是经过精确计算和测量得到的，能够提供高精度的定位和导航服务。
精确性是GPS 系统的关键特点之一，也是其在航空、航海、军事等领域得到广泛应用的基础。
GPS星座轨道根数具有可变性。
尽管卫星的轨道根数在发射前就确定了，但随着时间的推移，由于地球引力和其他因素的影响，轨道根数可能会发生微小的变化。
为了保持系统的准确性，需要定期进行校正和更新。
可变性要求GPS系统具备动态调整和修正的能力，以保持系统的运行稳定和精度。
GPS星座轨道根数的基本特点包括稳定性、周期性、多样性、精确性和可变性。
这些特点保证了GPS系统的正常运行和高精度定位导航能力。
在不断发展和演进的过程中，GPS技术将进一步提升其性能和应用范围，为人们的生活和工作带来更多便利和效益。
卫星星座基本参数
卫星星座基本参数卫星星座是由一组卫星组成的天体系统，用于提供全球范围内的通信、导航或遥感服务。
它们通常以地球轨道上的一系列卫星形式存在，这些卫星之间相互配合，以覆盖整个地球的表面。
卫星星座的基本参数包括以下几个方面：1. 卫星数量：卫星星座的规模通常由卫星的数量决定。
不同的应用需要不同数量的卫星来提供服务。
例如，全球导航卫星系统（GNSS）通常需要24颗以上的卫星来实现全球覆盖。
2. 轨道类型：卫星星座可以采用不同的轨道类型，如地球同步轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）或低地球轨道（LEO）。
不同的轨道类型对卫星的运行高度、轨道周期和覆盖范围都有影响。
3. 卫星分布：卫星星座中的卫星可以以不同的方式分布在轨道上。
例如，全球导航卫星系统通常采用均匀分布的方式，确保在任何时刻都有多颗卫星可见。
而通信卫星星座可能会采用更密集的分布方式，以增加容量和覆盖范围。
4. 信号覆盖：卫星星座需要覆盖全球范围的地表，因此信号覆盖是一个重要的参数。
卫星星座的设计需要考虑到地球各个地区的信号接收强度、多径效应和信号延迟等因素。
5. 通信频段：卫星星座的通信频段决定了其在电磁频谱中的位置。
不同的频段具有不同的传输特性和应用限制。
常见的卫星通信频段包括Ka波段、Ku波段和C波段等。
6. 网络架构：卫星星座的网络架构指的是卫星之间的通信方式和协议。
这包括星间链路、地面站和用户终端之间的通信方式，以及数据传输和路由策略等。
综上所述，卫星星座的基本参数涵盖了卫星数量、轨道类型、卫星分布、信号覆盖、通信频段和网络架构等方面。
这些参数的选择和设计将直接影响卫星星座的性能和应用范围。
GPS测量原理与应用-总复习-总结1
第一章绪论1.GPS系统的组成空间部分（GPS卫星星座）设计星座: (21+3)/6当前星座: 31颗6个轨道平面, 平均轨道高度20200km地面控制部分（地面监控系统）一个主控站: 成导航电文传送到注入站; 负责监测整个地面监测系统的工作三个注入站: 将主控站发来的导航电文注入发送到相应卫星五个监测站: 主要任务: 为主控站提供卫星的观测数据用户设备部分（GPS接收机、数据处理软件）天线单元和接收单元2.GPS卫星的作用①用L波段无线载波向GPS用户连续不断地发送导航定位信号。
②在卫星飞越注入站上空时, 接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息, 并通过GPS信号电路, 适时地发送给广大GPS用户。
③接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令, 适时地改正运行偏差或启用备用时钟。
3.GPS系统的特点（1）定位精度高•GPS相对定位精度在50km以内可达10-6, 100～500km 可达10-7,1OOOkm以上可达10-9。
•工程精密定位中, 平面位置误差小于1mm（2）观测时间短（3）测站间无需通视（4）可提供三维坐标（5）操作简便（6）全天候作业（7）功能多, 应用广4.GLONASS.（21＋3）/35.GALILEO（27+3）/36.北斗卫星导航系统6-1系统组成①空间部分: （2+1）地球同步轨道卫星（东经80°~140°和110.5°赤道上空）②地面控制部分一个地面中心站:接收用户终端的应答信号/数据处理/分发给用户若干监测站:③用户终端: 北斗导航定位接收机: 基本型/通信型/授时型/指挥型6-2 BDS系统的定位原理利用两颗地球同步卫星进行双向测距, 进行距离交会得到用户的平面位置（高程则由地面数字高程模型得到）6-3 BDS系统的作业流程地面中心站→卫星1→用户→卫星1→地面中心站→用户（l）地面中心站连续向北斗卫星发射信号, 经卫星接收、放大、变频后再播发给用户；（2）用户终端接收到卫星信号后注入必要的测站信息, 放大变频后再将应答信号播发给两颗北斗导航卫星；（3）两颗北斗导航卫星收到用户的应答信号后, 放大变频, 再将信号送往地面中心站；（4）地面中心站量测出卫星信号的到达时间后, 采用距离交会法求得用户的平面位置（用户的高程则是通过地面高程模型获得）；（5）地面控制中心再通过卫星将计算结果告诉用户6-4 BDS系统的特点①主动式定位方式（接收卫星信号, 且发射应答信号）, 隐蔽性差②定位速度慢, 用户数量受到一定的限制用户不能独立进行定位, 计算工作必须在地面中心站内完成。
GPS定位原理及应用分析
《GPS定位原理及应用》授课教案第一章绪论1。
1 GPS卫星定位技术的发展1。
1.1 早期的卫星定位技术1、无线电导航系统1）罗兰——C：工作在100KHZ,由三个地面导航台组成,导航工作区域2000KM,一般精度200-300M.2)Omega(奥米茄）:工作在十几千赫。
由八个地面导航台组成，可覆盖全球。
精度几英里。
3)多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角)，推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。
误差随航程增加而累加。
缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高2、早期的卫星定位技术卫星三角网：以人造地球卫星作为空间观测目标，由地面观测站对其进行摄影测量，测定测站至卫星的方向，来确定地面点的位置的三角网。
卫星测距网：用激光技术测定测站至卫星的距离作为观测值的网则称为卫星测距网。
20世纪60～70年代，美国国家大地测量局在英国和德国测绘部门协助下，建立了一个共45个点的全球卫星三角网，点位精度5米。
卫星三角网的缺点：易受卫星可见条件和天气条件影响，费时费力，定位精度低。
1。
1。
2 子午卫星导航（多普勒定位）系统及其缺陷多普勒频移：多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。
他认为电磁波频率在电磁源移向观察者时变高，而在波源远离观察者时变低.因此可利用频率的变化多少来确定距离的变化量。
多普勒效应的一个常被使用的例子是火车,当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳.你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。
同样的情况还有:警车的警报声和赛车的发动机声。
子午卫星导航系统(NNSS)：将卫星作为空间动态已知点，通过在测站上接受子午卫星发射的无线电信号，利用多普勒定位技术，进行测速、定位的卫星导航系统。
子午卫星导航系统的优点：经济快速、精度均匀、不受天气和时间的限制，且可获得测站的三维地心坐标。
子午卫星导航系统的缺点：由于卫星数量少，故不能实时定位、定位时间长、定位精度也低。
GPS卫星导航系统简介
GPS卫星导航系统简介GPS卫星导航系统主要由三部分组成：空间部分（GPS卫星星座）、地面控制部分（运行控制部分）和用户部分（GPS信号接收机）。
（1）空间部分由高度为20230 km 的21颗工作卫星和三颗在轨的热备份卫星组成卫星星座。
卫星分布在6个等间隔的、倾角为55o的近圆轨道上，运行周期为718min（地球自转周期的一半）。
GPS卫星上除了由控制卫星自身工作的遥测、跟踪、指令系统，用于轨道调整和姿态稳定的控制和推进系统，电源系统和计算计等组成外，主要还有具有长期稳定度的原子钟。
卫星的主要任务是播发导航信号，它采用三种频率工作（1575.42MHZ）和（1227.6MHZ）用于导航定位，（1381.05MHZ）是GPS卫星的附加信号，发射能探测到大气中核爆炸的星载传感器信息。
在卫星飞越地面控制部分上空时，接收由地面控制部分用S波段发送到卫星的导航电文和其它信息，并用L波段发送给地面用户；同时接收地面控制部分发送的卫星控制和调度命令，以适时改正运行偏差或启用备用时钟等…。
它们的工作特点有：星上的反光镜，以利于地面激光跟踪。
抗核辐射、激光辐射和抗干扰的本领强。
设计合理，采用新材料，成本低。
新一代的GPS卫星Block--ⅡF型计划在2010年前发射，卫星上还增加了星上惯性基准设备和增发民用第二频率，以利于进一步提高定位精度和对电离层延时的估测精度。
（2）地面控制部分由1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。
主要任务是：跟踪所有卫星以进行轨道和时钟测定、预测修正模型参数、卫星时间同步和为卫星加载导航电文等。
主控站设在美国本土科罗拉多。
主要任务是收集和处理本站和各监测站的跟踪测量数据，计算卫星的轨道和时钟参数，将预测的卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播改正参数编制成导航电文传送到三个注入站，以便最终向卫星加载数据。
主控站还负责纠正卫星们轨道偏离，必要时调度卫星，让备用卫星取代失效的工作卫星。
另外，主控站还负责整个地面系统的工作，检验注入给卫星的导航电文，监测卫星是否将导航电文发送给了用户。
GPS系统
物流信息采集与传输设备
GPS系统
２.GPS系统的用途
• GPS最初是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国 军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的 士兵和装备的坐标和给海中的军舰导航，为军用飞机提供位置 和导航信息等。 1）GPS车辆监控系统 2）车辆导航系统
• （5）通过GPS定位系统和电子地图的结合，货车司机可方便的知 道自己目前所在地理位置，即使在陌生的城市也不会迷路，迅速 到达目标地点，减少运输时间，提高工作效率。
物流信息采集与传输设备
GPS系统
条形码识别具有快速、准确、易于操作的特点，被广 泛应用于物流领域的出库、入库、上架、分拣、运输和仓 储管理等过程中。IC卡技术为现代信息处理、传递提供了 一种全新的手段，因具有存储容量大、体积小、重量轻、 抗干扰能力强、便于携带等优点而得到了广泛应用。射频 卡是一种以无线方式传送数据的集成电路卡片，它具有数 据处理及安全认证功能等特有的优点。POS指前台销售的 终端，作为数据采集系统，为后台信息管理提供完整的数 据。GPS在物流领域中，为物流运输的实时监控、车辆定 位等起到了至关重要的作用。
物流信息采集与传输设备
GPS系统
3.GPS系统在物流方面的应用
• （3）物流公司可利用本系统对车辆和货物装载情况进行实时调 查，掌握第一手资料。并可根据实际情况，对发车时间和数量进 行调整，从而有利于车辆的调度和管理，降低运营成本。
• （4）在安全保障方面，通过车载单元的报警和通话装置，可及 时处理意外事故，保证行车安全。
二、GPS定位
• 按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。 单点定位是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置 的方式，它只能采用伪距测量。
四大卫星定位系统
全球四大卫星定位系统导航卫星系统：GPS 北斗 GLONASS GALILEO系统构成： 1.空间部分2.用户接收处理部分3.地面监控部分 1.空间部分2.地面中心控制系统3.用户终端1.空间部分2.地面支持系统3.用户设备卫星星座： 美国的GPS系统，由24颗(3颗为备用卫星)在轨卫星组成。
“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，系统将有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成。
21颗卫星，3颗备用卫星欧盟主导的伽利略系统的目标是，耗资30亿欧元，共发射30颗卫星，其中27颗卫星为工作卫星，3颗为候补卫星。
轨道倾角： 55度 64.8度 56度 56度系统信号： L1，L2，P L1，L2，S，P E（1590MHz）、E（1561MHz）、E6（1269MHz）E5（1207MHz）E5a~E5b,E6,E2-L1-E1定位精度： 2.93m（民用）0.293m（军用）10m（民用） 10m 优于10m定位原理： 测边交会定位 测边交会定位 测边交会定位 测边交会定位一、 美国的全球卫星定位系统GPS：1、简介：GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系统)的缩写，而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
GPS系统由28颗地球同步卫星组成(4颗为备用星)，均匀地分布在距离地球20000公里高空的6个轨道面上。
这些卫星与地面支撑系统组成网络，每隔1—3秒向全球用户播报一次其位置(经纬度)、速度、高度和时间信息，能使地球上任何地方的用户在任何时候都能利用GPS接收机同时收到至少4颗卫星的位置信息，应用差分定位原理计算确定自己的位置，精度约为10米。
2、特点：⑴全球、全天候工作。
⑵定位精度高。
单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。
⑶功能多，应用广。
⑷高效率、操作简便、应用广泛。
《GPS测量原理及应用》第三版复习资料
第一章绪论1. GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座，地面控制部分——地面监控系统，用户设备部分——GPS信号接收机。
2 .GPS卫星星座部分：由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。
24颗在轨卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°。
在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15°以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达9颗卫星。
3. GPS卫星的作用：第一，用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。
第二，在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时地发送给广大用户。
第三，接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。
4. 地面监控系统：1个主控站（美国科罗拉多）3个注入站（阿森松岛,迪哥加西亚岛，卡瓦加兰）5个监控站（1+3+夏威夷）5. GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。
6. GPS系统的特点：定位精度高，观测时间短，测站间无需通视，可提供三维坐标，操作简便，全天候作业，功能多，应用广。
7. GPS系统的应用前景:①用于建立高精度的国家性大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数②用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘③用于监测地球板块运动状态和地壳形变④用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段⑤用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置.8. 我国的GPS定位技术的应用和发展情况：在大地测量方面，利用GPS技术开展国际联测，建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面；在工程测量方面，应用GPS静态相对定位技术，布设精密工程控制网，用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程；在航空摄影测量方面，我国测绘工作者也应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载GPS 航测等航测成图的各个阶段；在地球动力学方面，GPS技术用于全球板块运动监测和区域板块运动监测；此外，GPS技术还用于海洋测量、水下地形测绘、军事国防、智能交通、邮电通信、地矿、煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、环境监测、金融、公安等部门和行业。
GPS系统的构成 - gps原理与应用
GPS系统的构成 - gps原理与应用gps系统主要有三个部分组成：空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
一、空间星座部分（Space Segment）（一）卫星星座（GPS Constellation）及其几何分布GPS系统的星座部分主要由24颗（21＋3）卫星构成，其中21颗为工作卫星，另外3颗为备用卫星。
这24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道面包含4颗卫星。
轨道面相对赤道面倾角为55度，轨道的升交点赤经各相差60度。
每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30度。
卫星轨道为椭圆形，平均高度约20210km，运行周期大约11小时58分。
（二）GPS卫星的种类1978年发射第一颗GPS试验卫星截至到2009年10月，可以正常工作的GPS卫星有31颗。
最近的一颗GPSⅡR-21（M）是2009年8月17日（北京时间）在美国佛罗里达州卡那维拉尔角比德森空军基地发射。
（三）GPS卫星的主要功能GPS卫星的主要功能：●接收并存储发自地面监控站的导航信息。
●利用星载高精度原子钟提供精密时间标准。
●通过卫星上的微处理机进行某些必要的数据处理。
●向用户播发定位数据信息。
●在地面监控站的指令下调整飞行姿态或启用备用卫星。
二、地面监控部分(Control Segment)GPS的地面监控部分主要由分布全球的6个地面站构成，其中包括卫星监测站、主控站、备用主控站和信息注入站。
分别位于科罗拉多（Colorado）、盖茨堡（Gaithersburg）、夏威夷（Hawaii）、南大西洋的阿松森群岛（Ascencion）、印度洋的迭哥伽西亚（Diego Garcia）和南太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein）。
（一）监测站（Monitor Station）所有地面站都有监测站的功能，它们是主控站控制下的数据自动采集中心。
其主要作用就是对GPS卫星数据和当地的环境数据进行采集、存储并传送给主控站。
gps系统组成
一、GPS的系统组成GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户设备部分等三部分组成,如下图所示:二、空间卫星部分1、 GPS卫星星座（1）设计星座：21+3- 21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星- 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）-保证在24小时，在高度角15︒以上，能够同时观测到4至8颗卫星（2）当前星座：28颗2、 GPS卫星（1）作用：-发送用于导航定位的信号-其他特殊用途，如通讯、监测核暴等。
-主要设备：原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成与发射装置（2）类型-试验卫星：Block Ⅰ-工作卫星：Block ⅡGPS卫星是由洛克韦尔国际公司空间部研制的。
卫星重774kg（包括310 kg 燃料），采用铝蜂巢结构，主体呈柱形，直径为1.5m。
星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m，接受日光面积7.2m2。
对日定向系统控制两翼帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组15AH 的镉镍蓄电池充电，以保证卫星在地影区能正常工作。
在星体底部装有多波束定向天线，这是一种由12个单元构成的成形波束螺旋天线阵，能发射L1和L2波段的信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。
在星体两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网通信。
此外，卫星上还装有姿态控制系统和轨道控制系统。
工作卫星的设计寿命为7年。
从试验卫星的工作情况看，一般都能超过或远远超过设计寿命。
（3）第一代卫星现已停止工作。
（4）第二代卫星用于组成GPS工作卫星星座，通常称为GPS工作卫星。
Block ⅡA的功能比Block Ⅱ大大增强，表现在军事功能和数据存储容量。
Block Ⅱ只能存储供45天用的导航电文，而Block ⅡA则能够存储供180天用的导航电文，以确保在特殊情况下使用GPS卫星。
（5）第三代卫星尚在设计中，以取代第二代卫星，改善全球定位系统。
GPS卫星导航系统
.
21
GPS卫星信号
G1（t）发生器
GPS卫星作用 接收、存储导航电文 生成并发送用于导航定位的信号 接受地面指令，进行相应操作 其他特殊用途
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
.
8
GPS系统组成及各部分作用
GPS地面监控系统
空间段
监测站
主控站
注入站
主控站：1个; 监测站：6个;注入站：4个; 通讯与辅助系统。
卫星导航系统
/
第三章 GPS系统与信号
.
2
本章内容安排
➢ GPS系统组成及各部分的作用 ➢ GPS卫星导航电文 ➢ GPS卫星在轨位置计算 ➢ GPS技术展望
.
3
GPS系统组成及各部分作用
卫星
地面监控系统
.
用户
4
GPS系统组成及各部分作用
GPS卫星轨道和星座
GPS系统卫星星座基本参数：
卫星数（颗）
21+3
轨道数（个）
6
倾角
55°
轨道平面间距
60°
运行周期
11h58min
卫星轨道高度（km） 20200
.
GPS卫星星座
5
GPS系统组成及各部分作用
GPS卫星24小时的运行轨道图
.
6
GPS系统组成及各部分作用
GPS星座的卫星分布 .
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GPS 卫星星座基本情况
概述
3颗在轨备用卫星组成，记作（21+3）
GPS
GPS 星座。
GPS 卫星星座的组成以及卫星的分布情况
24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。
每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面
上的相应卫星超前30度，以保证全球均
匀覆盖的要求。
在两万公里高空的GPS 卫星，当地球
相对于恒星来说自转一周时，它们绕地球
运行2周，即绕地球运行一周的时间为
12恒星时。
这样对于地面观测者来说，
每天将提前４分钟看到同一颗GPS 卫星。
位于地平线以上的卫星颗数随着时间和
地点的不同而不同，最少可见４颗，最多
可见１１颗。
再用GPS 卫星信号定位导航时，为了解算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS 卫星，称为定位星座。
这4颗卫星在定位过程中的几何位置的几何位置分布对定位精度有一定影响。
3颗在轨的备用工作卫星相间布置在3个轨道平面中，随时可以根据指令代替发生故障的其他卫星，以保证整个GPS 空间星座正常而高效地工作。
GPS 空间卫星的设计和发射
GPS 空间卫星的设计和发射分为3个阶段。
第一阶段（Block Ⅰ）从1978年到1984年共研制和发射了11颗卫星，卫星的设计寿命为5年，用于，用与全球定位系统的实验，通常称为GPS 试验卫星。
第二阶段（Block Ⅱ，ⅡA ）从1980年2月14日发射成功到1994年3月10日共研制和发射了24（21+3）颗卫星，卫星的设计寿命为7.5年，宣告了GPS 系统进入了工程实用阶段，通常称为GPS 工作卫星。
与Block Ⅱ相比较，Block ⅡA 争强了军事应用功能，扩大了数据存储容量，Block Ⅱ只能存储供14d 用的导航电文，而Block ⅡA 能存储供180d
用的导航电文，确保在特殊情况下使用GPS卫星。
第三阶段为更新工作卫星（BlockⅢ,ⅡR），更新卫星于20世纪末21世纪初发射完毕，以逐步取代第二代卫星，进一步改善全球定位系统。
GPS卫星的构成部件及其作用
GPS卫星的主体呈柱形，采用铝蜂巢结构，柱形直径
约1.5m。
卫星重约774Kg（含310Kg燃料）。
星体两侧
装有两块双叶向日定向太阳能帆板，全长5.33m，接受
日光面积为7.2m2,给3组15AH镉镍蓄电池充电，以保
证卫星正常工作用电。
在星体地步装有多波束定向天线，它是一个由12
个单元构成的成形波束螺旋天线阵，发射L1和L2波段信
号，其波束方向图能覆盖约半个地球。
同时在星体两端
面上装有全遥测遥控天线，它用于与地面监测网通信。
此外，卫星上还装有姿态控制系统和轨道控制系统以保
证卫星正常运行。
卫星上的核心设备是高精度铯原子钟（稳定度为
10-13~10-14），具有抗辐射性能，它发射标准频率信号，为GPS定位提供高精度的时间标准。
GPS卫星的主要功能
1、向用户发送定位信息；
2、提供高精度的时间标准；
3、接收并储存地面监控站发来的导航信息；
4、必要的数据处理；接收并执行检测站指令，调节卫星姿态和轨道修正，或启用备用卫星。
GPS卫星采用多种编号识别系统。
在导航定位中通常采用PRN编号，即伪随机噪声码
主要参考书目
1、黄德全。
现代测量技术。
中国教育文化出版社。
2005、10.
2、王惠南。
GPS导航原理与应用。
科学出版社。
200
3、8.。