第三章 GPS系统的组成与GPS信号
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GPS测量定位技术精品课程
第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
开普勒第二定律——卫星的地心向径，即地球质 心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫
过的面积相等。
开普勒第二定律表明， 卫星沿轨道椭圆的运行速 度在不断变化，在近地点 处速度最大，在远地点处
速度最小。
相等时间地心向径扫过的面积
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第一节 GPS定位系统的组成
三、用户接收部分
显示控制器
GPS信号接收
机 天线
前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 数据
供电，控制
微处理器
信息
数据
控制
供电
电源部分
数据存器
GPS测量定位技术精品课程
第一节 GPS定位系统的组成
三、用户接收部分
信
类
号 接
收
机
分
GPS
按用途 按携带形式
传送 主控站
GPS测量定位技术精品课程
第一节 GPS定位系统的组成
一、地面监控部分
2.监控系统的作用
（3）注入站的作用
注入站的主要作用是将主控站需传 输给卫星的资料以既定的方式注入到卫 星存储器中，供卫星向用户发送。
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第一节 GPS定位系统的组成
二、空间卫星部分
▪ 24颗卫星(21+3) ▪ 6个轨道平面 ▪ 55º轨道倾角 ▪ 2万km轨道高度(地面高度) ▪ 12小时(恒星时)轨道周期 ▪ 5个多小时出现在地平线以 上(每颗星)
迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)
如下页图所示
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第一节 GPS定位系统的组成
一、地面监控部分
Colorado springs
55
Hawaii
Ascencion Diego Garcia
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第三章 GPS系统的组成与GPS信号
第一节 GPS定位系统的组成 第二节 卫星的运行及其轨道 第三节 卫星星历与卫星位置计算 第四节 GPS卫星信号 第五节 GPS信号的接收
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第三章 GPS系统的组成与GPS信号
GPS系统包括地面监控部分，空间卫星 部分，用户接收部分等三大部分。三大部分 之间还要用数字通信技术联络传达各种信号 信息，靠各种计算软件处理繁复的数据，最 后由用户接收信号来解决导航定位问题。
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第三节 卫星星历与卫星位置计算
一、GPS卫星星历
卫星的星历就是一组对应某一时刻的轨道参数值， 它是计算卫星瞬时位置的依据。
GPS卫星星历
广播星历（预报星历） 实测星历（精密星历）
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第三节 卫星星历与卫星位置计算
一、GPS卫星星历
1. 广播星历
卫星将地面监测站注入的有关卫星 轨道的信息，通过发射导航电文传递 给用户，用户接收到这些信号进行解 码即可获得所需要的卫星星历，即广 播星历。
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
开普勒第一定律——卫星运行 的轨道是一个椭圆，地球质心位 居椭圆的一个焦点上。
卫星运行轨道椭圆
该定律表明，卫星相对于地球质心的运动轨道是一 个椭圆，该椭圆有着固定的形状和大小，椭圆上距离地 球质心最远的一点称为远地点，距离地球质心最近的一 点称为近地点。
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
开普勒第三定律——卫星围绕地球运行的周 期的平方与轨道椭圆长半径的立方成正比，其 比值等于地球引力常数的倒数。
开普勒第三定律的数学形式为：
T 2 4 2
a3 GM
式中—— T为卫星运动的周期
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第二节 卫星的运行及其轨道
二、卫星运行的轨道
待解问题
轨
轨
道
道
椭
平
圆
面
的
与
形
地
状
球
和
体
大
的
小
相
关
位
置
轨
卫
道
星
椭
在
圆
轨
在
道
轨
上
道
的
平
瞬
面
时
上
位
的
置
方
位
卫星轨道参数
GPS测量定位技术精品课程
第二节 卫星的运行及其轨道
三、摄动力对卫星运行轨道的影响
摄动力的影响
地球体不规则及质量分布不 均匀而引起的作用力 太阳和月球的引力 太阳的直接与间接辐射压力 大气的阻力 地球潮汐的作用力、磁力
kwajalein
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第一节 GPS定位系统的组成
一、地面监控部分
2.监控系统的作用
（1）主控站的作用
主控站的作用
收集数据 数据处理 监测与协调
控制卫星
GPS测量定位技术精品课程wenku.baidu.com
第一节 GPS定位系统的组成
一、地面监控部分
2.监控系统的作用
（2）监控站的作用
监控站 测
伪距 导航数据 气象数据 卫星状态数据
它是卫星运动的第一近似描述 研究意义 它是至今唯一能得到的严密分析解的运动
它是全部作用力下的卫星运动更精确解的基础
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
根据牛顿万有引力定律，在上述理想情况下，卫 星相对于地球的引力加速度为：
式中 —— G地球引力常数； —— M地球质量； —— m卫星质量； —— r卫星的地心向径。
按工作原理 按载波频率
导航型、测地型和授时型 袖珍式、背负式、车载式、 舰用式、空（飞机）载式、 弹载式和星载式 码接收机和无码接收机
单频接收机和双频接收机
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
所谓理想情况下的卫星运动，是将地球视作匀质 球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地 球质心引力作用下而运动。
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
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第三章 GPS系统的组成与GPS信号
学习目标：
了解GPS信号的结构，测距码是怎样产生的， 导航电文的内容，天线的作用与分类。
理解监控系统的作用，投入的可用GPS卫星 状况，用户接收机的用途，卫星的运动及其 轨道。
掌握GPS定位系统的组成共三部分：①地面 监控部分。②空间卫星部分。③用户接收部 分。
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第一节 GPS定位系统的组成
GPS定位系统包括三大部分：（1）地面 监控部分；（2）空间卫星部分；（3）用户接 收部分。
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第一节 GPS定位系统的组成
一、地面监控部分
1. 地面监控站的分布
组成
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)
第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
开普勒第二定律——卫星的地心向径，即地球质 心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫
过的面积相等。
开普勒第二定律表明， 卫星沿轨道椭圆的运行速 度在不断变化，在近地点 处速度最大，在远地点处
速度最小。
相等时间地心向径扫过的面积
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第一节 GPS定位系统的组成
三、用户接收部分
显示控制器
GPS信号接收
机 天线
前置放大器
信号
供电
射电部分
命令 数据
供电，控制
微处理器
信息
数据
控制
供电
电源部分
数据存器
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三、用户接收部分
信
类
号 接
收
机
分
GPS
按用途 按携带形式
传送 主控站
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一、地面监控部分
2.监控系统的作用
（3）注入站的作用
注入站的主要作用是将主控站需传 输给卫星的资料以既定的方式注入到卫 星存储器中，供卫星向用户发送。
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第一节 GPS定位系统的组成
二、空间卫星部分
▪ 24颗卫星(21+3) ▪ 6个轨道平面 ▪ 55º轨道倾角 ▪ 2万km轨道高度(地面高度) ▪ 12小时(恒星时)轨道周期 ▪ 5个多小时出现在地平线以 上(每颗星)
迭哥•伽西亚(Diego Garcia) 卡瓦加兰(kwajalein) 五个监测站=1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)
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一、地面监控部分
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55
Hawaii
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第一节 GPS定位系统的组成 第二节 卫星的运行及其轨道 第三节 卫星星历与卫星位置计算 第四节 GPS卫星信号 第五节 GPS信号的接收
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GPS系统包括地面监控部分，空间卫星 部分，用户接收部分等三大部分。三大部分 之间还要用数字通信技术联络传达各种信号 信息，靠各种计算软件处理繁复的数据，最 后由用户接收信号来解决导航定位问题。
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第三节 卫星星历与卫星位置计算
一、GPS卫星星历
卫星的星历就是一组对应某一时刻的轨道参数值， 它是计算卫星瞬时位置的依据。
GPS卫星星历
广播星历（预报星历） 实测星历（精密星历）
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一、GPS卫星星历
1. 广播星历
卫星将地面监测站注入的有关卫星 轨道的信息，通过发射导航电文传递 给用户，用户接收到这些信号进行解 码即可获得所需要的卫星星历，即广 播星历。
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
开普勒第一定律——卫星运行 的轨道是一个椭圆，地球质心位 居椭圆的一个焦点上。
卫星运行轨道椭圆
该定律表明，卫星相对于地球质心的运动轨道是一 个椭圆，该椭圆有着固定的形状和大小，椭圆上距离地 球质心最远的一点称为远地点，距离地球质心最近的一 点称为近地点。
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
开普勒第三定律——卫星围绕地球运行的周 期的平方与轨道椭圆长半径的立方成正比，其 比值等于地球引力常数的倒数。
开普勒第三定律的数学形式为：
T 2 4 2
a3 GM
式中—— T为卫星运动的周期
GPS测量定位技术精品课程
第二节 卫星的运行及其轨道
二、卫星运行的轨道
待解问题
轨
轨
道
道
椭
平
圆
面
的
与
形
地
状
球
和
体
大
的
小
相
关
位
置
轨
卫
道
星
椭
在
圆
轨
在
道
轨
上
道
的
平
瞬
面
时
上
位
的
置
方
位
卫星轨道参数
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第二节 卫星的运行及其轨道
三、摄动力对卫星运行轨道的影响
摄动力的影响
地球体不规则及质量分布不 均匀而引起的作用力 太阳和月球的引力 太阳的直接与间接辐射压力 大气的阻力 地球潮汐的作用力、磁力
kwajalein
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一、地面监控部分
2.监控系统的作用
（1）主控站的作用
主控站的作用
收集数据 数据处理 监测与协调
控制卫星
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2.监控系统的作用
（2）监控站的作用
监控站 测
伪距 导航数据 气象数据 卫星状态数据
它是卫星运动的第一近似描述 研究意义 它是至今唯一能得到的严密分析解的运动
它是全部作用力下的卫星运动更精确解的基础
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
根据牛顿万有引力定律，在上述理想情况下，卫 星相对于地球的引力加速度为：
式中 —— G地球引力常数； —— M地球质量； —— m卫星质量； —— r卫星的地心向径。
按工作原理 按载波频率
导航型、测地型和授时型 袖珍式、背负式、车载式、 舰用式、空（飞机）载式、 弹载式和星载式 码接收机和无码接收机
单频接收机和双频接收机
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第二节 卫星的运行及其轨道
一、理想情况下的卫星运动
所谓理想情况下的卫星运动，是将地球视作匀质 球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地 球质心引力作用下而运动。
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
GPS测量定位技术精品课程
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
学习目标：
了解GPS信号的结构，测距码是怎样产生的， 导航电文的内容，天线的作用与分类。
理解监控系统的作用，投入的可用GPS卫星 状况，用户接收机的用途，卫星的运动及其 轨道。
掌握GPS定位系统的组成共三部分：①地面 监控部分。②空间卫星部分。③用户接收部 分。
GPS测量定位技术精品课程
第一节 GPS定位系统的组成
GPS定位系统包括三大部分：（1）地面 监控部分；（2）空间卫星部分；（3）用户接 收部分。
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第一节 GPS定位系统的组成
一、地面监控部分
1. 地面监控站的分布
组成
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)