最新GPS卫星导航系统

GPS系统组成及各部分作用
GPS接收机结构 ① 天线单元：包括接收天线和前置放大器。对天线的
性能要求有：高增益、低噪声系数、大的动态范围 等； ② 接收单元：接收信号并处理，计算需要的信息； ③ 通道单元：包括码延迟锁定环（DLL）和载波相位 锁定环（PLL）； ④ 计算和显示单元：根据采集到的信息，计算和显示 三维坐标和速度； ⑤ 存储单元：用于存储输入的各种数据; ⑥ 电源：提供接收机需要的电能。
GPS卫星导航系统
第三章 GPS系统与信号
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。
GPS系统组成及各部分作用
US Space Command
Hawaii
Cape Canaveral
Ascension Is.
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（用途） ➢ 车载型——用于车辆导航定位； ➢ 航海型——用于船舶导航定位； ➢ 航空型——用于飞机导航定位; ➢ 星载型——用于卫星导航定位; ➢ 测地型——用于大地测量。
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（载波频率） ➢ 单频接收机：单频接收机只能接收L1载波信号，不
GPS卫星信号
GPS信号包括三种信号分量：载波、测距码和数据码
(导航电文)。时钟频率 f0 =10.23MHz，利用频率综合器产生所
需要的频率。
基本频率f0 10.23MHz
154
10
L1 1575.42MHz
C/A 码 1.023MHz
P码 10.23MHz
120
L2 1227.6MHz
P码 10.23MHz
监测站 接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫 星，并
将收集到的数据传送给主控站。 地点：夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿松森群岛（ 大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太平洋）。 注入站 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）、卡 瓦加兰 （太平洋）。
50bit/s 数据脉冲
GPS卫星信号
P码（Precise Code） 由两个伪随机码相乘构成； 码率：10.23MHz； 周期：7天； 1周期含码元数：6187104000000； 码元宽度：29.30m； 被调制在L1和L2上。
C/A码和P码
GPS卫星信号
导航电文（D码）
电文结构
30s
1个主帧
1
2
3
1个子帧
6s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1个字码 1个页面
0.6s 0.02s
4
5
每个页面含25个子帧4、5
GPS卫星信号
电文内容
GPS卫星信号
A
n
米
0
0
I
GPS卫星信号
GPS卫星信号产生
载波L1
C/A码 D码 (导航电文) P码
载波L2
相移90°
Gi (t) Di (t)
Gi (t)Di(t)
Diego Garcia
Kwajalein Atoll
主控站
监测站
注入站
GPS系统组成及各部分作用
主控站 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。
50bit/s
数据码（导航电文，D码）
GPS信号构成
GPS卫星信号
载波（L波段）
L1载波：fL 1 1 5 4 f0 1 5 7 5 .4 2 M H z ，波长 119.03cm ；
L2载波：fL 2 1 2 0 f0 1 2 2 7 .6 M H z ，波长 224.42cm 。
载波信号L1上调制有P码、C/A码及D码；而载 波信号L2上只调制P码和D码。其信号结构为：
GPS卫星信号
G1（t）发生器
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
G1（t）
X1历元 同步
10
10.23MHz 频率标准
全部
相位选择器
置1
S1
S2
G21
C/A码
哥尔德（Gold）码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C/A码C/A构码成产原生理图
G2（t）
1023 译码器
同步
20
X1历元
历元千比特/秒
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（工作原理） ➢ 码相关型接收机：利用码相关技术得到伪距观测
值； ➢ 平方型接收机：利用载波信号的平方技术去掉调制
信号，来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接 收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的 相位差，测定伪距观测值； ➢ 混合型接收机：综合上述两种接收机的优点，既可 以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值； ➢ 干涉型接收机：将GPS卫星作为射电源，采用干涉 测量方法，测定两个测站间距离。
S S L i L i2 1 B A p p P P i i( ( t t ) ) D D i i( ( t t ) ) c c o o s s ( (1 2 t t 1 2 ii ) ) A C /A G i( t ) D i( t ) s i n (1 t 1 i)
GPS卫星信号
GPS系统组成及各部分作用
L1 L2
GPS数 数
S数 数
wenku.baidu.com
数数数数数
数数数数 数
数数数
数数
数数数数数
监测站
数数数数数 数数
数数数数 数数数数
数数数数数 数数数数数
数数数 数数数
数数数数数
数数数数
主控站
地面监控系统框图
数数数数数 数数数数数
注入站
GPS系统组成及各部分作用
用户设备 各种型号的GPS接收机
C/A码（Coarse/Acquisition Code） 由M序列优选对组合码形成的Gold码（G码） 码率：1.023MHz； 周期：1ms； 1周期含码元数：1023； 码元宽度：293.05m； 仅被调制在L1上； 码长很短，可以在一秒钟搜索一千次，所以C/A 码除了用于捕获卫星信号和提供伪距观测量外， 还可以过渡到捕获P码。
能消除电离层误差; ➢ 双频接收机：双频接收机可以同时接收L1、L2载波
信号。利用不同频率对电离层延迟的差别，可以 消除电离层延迟的影响 。
单频接收机
双频接收机
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（通道数） ➢ 多通道接收机 ➢ 序贯通道接收机 ➢ 多路多用通道接收机
内置SiRF第三代20通 道高灵敏度接收机