无线定位系统原理与应用
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3、第一数据块 第一数据块位于第1子帧的第3～10字码，它
的主要内容包括： a、时延差改正Tgd－就是载波L1、L2的电离层 时延差。 b 、数据龄期AODC－是时钟改正数的外推时间 间隔，它指明卫星时钟改正数的置信度。 C、 星期序号WN－表示从1980年1月6日子夜 零点（UTC）起算的星期数，即GPS星期数。 d 、卫星时钟改正－GPS时间和UTC时间之间存 在的差值。
Slide 12
C/A码的生成
Slide 13
P码
P码是卫星的精测码，码率为10.23MHZ，产生 的原理与C/A码相似，但更复杂。发生电路采用 的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。 P码的周期长，267天重复一次。P码的捕获一 般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获 P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，若 取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，则相 应的距离误差为0.29m，仅为C/A码的1/10， 故P码称为精码。 根据美国国防部规定，P码是专为军用的。
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Slide 8
GPS卫星
铯原子钟
微处理器
2块7m2的太阳能翼 板
无线电收发两用机
导航荷载（接收数 据，发射测距和导航 数据）
姿态控制和太阳能
板指向系统
Slide 9
GPS卫星信号
卫星配有4台频率相当稳定的原子钟（2台铯 钟，2台铷ຫໍສະໝຸດ Baidu），产生频率为10.23MHz的基
准钟频信号。分别转化为GPS卫星三种信号分 量：载波、测距码和数据码。
D1 (X1XP)2(Y1YP)2(Z1ZP)2 c
D2 D3
(X2XP)2(Y2YP)2(Z2ZP)2 c (X3XP)2(Y3YP)2(Z3ZP)2 c
D4 (X4XP)2(Y4YP)2(Z4ZP)2 c
S2 D2
D1
P
S3
D3 S4
D4
图3 GPS定位原理
Slide 5
GPS定位系统的组成
Slide 11
C/A码
C/A码：是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪 随机码。它是由两个10级反馈移位寄存器组合 而产生。
C/A码的码长短，共1023个码元，若以每秒50 码元的速度搜索，只需20.5s，易于捕获，所以 C/A码通常也称捕获码。
C/A码的码元宽度大，假设两序列的码元对齐误 差为为码元宽度的1/10~1/100，则相应的测 距误差为29.3~2.93m。由于精度低，又称粗 码。现代科学技术的发展，使得测距分辨率大 大提高。一般最简单的导航接收机的伪距测量 分辨率达到0.1米。
Slide 14
GPS卫星导航电文
GPS卫星的导航电文，是用户用来定位和导航 的数据基础。 导航电文包含有关卫星的星历、卫星工作状态、 时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、 大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。 导航电文又称为数据码（或D码）。 导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按 帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送 速度50bit/s，每帧播送时间30s。
Slide 18
导航电文内容
2、转换码（HOW—Hand Over Word） 紧接各子帧的遥测码，主要向用户提供用于捕
获P码的Z记数。所谓Z记数是从星期日零时只能 星期六24时，P码字码X1的周期（1.5秒）的重 复数。因此，当知道了Z计数，便能较快地捕获 到P码。
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导航电文内容
Slide 15
GPS 导航电文格式
30s
一个主帧
1
2
3
4
5
6s
一个子帧 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
一个字码 一个页面
0.6s 0.02s
子帧4、5各含25页
Slide 16
导航电文的结构
一个子帧6s长，10个字，每字30比特
子帧 1 TLW HOW 数据块—1时钟修正参数
子帧 2 TLW HOW 数据块—2星历表
Slide 3
GPS概述
三个阶段： 1974～1978年，方案论证 1979～1987年，系统论证 1988～1993年，试验生产 总投资200亿美元。 BlockⅠ型实验卫星 BlockⅡ型和BlockⅡA型工作卫星 BlockⅡR和BlockⅢ型改善型工作卫星
Slide 4
GPS定位原理
S1
1帧
30s
子帧 3 TLW HOW 数据块—2星历表继续
1500
比特
子帧 4 TLW HOW 数据块—3卫星历书等
子帧 5 TLW HOW 数据块—3卫星历书等
Slide 17
导航电文内容
1、遥测码（TLW—Telemetry WORD） 位于个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。 遥测码的第1～8比特是同步码，使用户便于解释 导航电文；第9～22比特为遥测电文，其中包括 地面监测系统注入数据时的状态信息、诊断信息 和其它信息。第23和第24比特是连接码；第 25～30比特为奇偶校验码，它用于发现和纠正 错误。
GPS定位系统是由三 个部分组成： （1）GPS卫星星座 （空间部分） （2）地面监控系统 （地面控制部分） （3）GPS信号接收机 （用户设备部分）。
Slide 6
GPS卫星星座组成
共24颗卫星，其中3颗备用 分布在6个轨道面上
图1—GPS卫星星座
Slide 7
GPS卫星星座组成
轨道面相对地球赤道面的倾角为55度 各轨道平面升交点赤经相差60度 相邻轨道上卫星的升交距角相差30度 轨道平均高度约20200km 运行周期11h58m
无线定位系统 原理与应用
主要内容
• GPS（Global Positioning System） • GLONASS（GLObal NAvigation Satellite System） • Galileo • 北斗双星导航定位系统 • GSM移动定位系统
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GPS概述
全球卫星定位系统（简称GPS）是美国从本世 纪70年代开始研制，历时20余年，耗资200亿美 元，于1994年全面建成。全球卫星定位系统以全 天候、高精度、自动化、高效益等特点，成功地应 用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导 航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘 察、地球动力学等多种学科，取得了好的经济效益 和社会效益。
基本频率
10.23MHz
10
204600
154
L1载波
C/A码
P码
数据码
1575.42MHz 1.023MHz 10.23MHz 50BPS
120
L2载波 1227.60MHz
P码
数据码
10.23MHz 50BPS
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GPS卫星信号的测距码
GPS卫星所采用的两种测距码，即粗测距 (C/A)码和精测距（P码或Y码），均属于伪 随机码。
的主要内容包括： a、时延差改正Tgd－就是载波L1、L2的电离层 时延差。 b 、数据龄期AODC－是时钟改正数的外推时间 间隔，它指明卫星时钟改正数的置信度。 C、 星期序号WN－表示从1980年1月6日子夜 零点（UTC）起算的星期数，即GPS星期数。 d 、卫星时钟改正－GPS时间和UTC时间之间存 在的差值。
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C/A码的生成
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P码
P码是卫星的精测码，码率为10.23MHZ，产生 的原理与C/A码相似，但更复杂。发生电路采用 的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。 P码的周期长，267天重复一次。P码的捕获一 般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获 P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，若 取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，则相 应的距离误差为0.29m，仅为C/A码的1/10， 故P码称为精码。 根据美国国防部规定，P码是专为军用的。
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GPS卫星
铯原子钟
微处理器
2块7m2的太阳能翼 板
无线电收发两用机
导航荷载（接收数 据，发射测距和导航 数据）
姿态控制和太阳能
板指向系统
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GPS卫星信号
卫星配有4台频率相当稳定的原子钟（2台铯 钟，2台铷ຫໍສະໝຸດ Baidu），产生频率为10.23MHz的基
准钟频信号。分别转化为GPS卫星三种信号分 量：载波、测距码和数据码。
D1 (X1XP)2(Y1YP)2(Z1ZP)2 c
D2 D3
(X2XP)2(Y2YP)2(Z2ZP)2 c (X3XP)2(Y3YP)2(Z3ZP)2 c
D4 (X4XP)2(Y4YP)2(Z4ZP)2 c
S2 D2
D1
P
S3
D3 S4
D4
图3 GPS定位原理
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GPS定位系统的组成
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C/A码
C/A码：是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪 随机码。它是由两个10级反馈移位寄存器组合 而产生。
C/A码的码长短，共1023个码元，若以每秒50 码元的速度搜索，只需20.5s，易于捕获，所以 C/A码通常也称捕获码。
C/A码的码元宽度大，假设两序列的码元对齐误 差为为码元宽度的1/10~1/100，则相应的测 距误差为29.3~2.93m。由于精度低，又称粗 码。现代科学技术的发展，使得测距分辨率大 大提高。一般最简单的导航接收机的伪距测量 分辨率达到0.1米。
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GPS卫星导航电文
GPS卫星的导航电文，是用户用来定位和导航 的数据基础。 导航电文包含有关卫星的星历、卫星工作状态、 时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、 大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息。 导航电文又称为数据码（或D码）。 导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按 帧向外播送。每帧电文含有1500比特，播送 速度50bit/s，每帧播送时间30s。
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导航电文内容
2、转换码（HOW—Hand Over Word） 紧接各子帧的遥测码，主要向用户提供用于捕
获P码的Z记数。所谓Z记数是从星期日零时只能 星期六24时，P码字码X1的周期（1.5秒）的重 复数。因此，当知道了Z计数，便能较快地捕获 到P码。
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导航电文内容
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GPS 导航电文格式
30s
一个主帧
1
2
3
4
5
6s
一个子帧 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
一个字码 一个页面
0.6s 0.02s
子帧4、5各含25页
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导航电文的结构
一个子帧6s长，10个字，每字30比特
子帧 1 TLW HOW 数据块—1时钟修正参数
子帧 2 TLW HOW 数据块—2星历表
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GPS概述
三个阶段： 1974～1978年，方案论证 1979～1987年，系统论证 1988～1993年，试验生产 总投资200亿美元。 BlockⅠ型实验卫星 BlockⅡ型和BlockⅡA型工作卫星 BlockⅡR和BlockⅢ型改善型工作卫星
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GPS定位原理
S1
1帧
30s
子帧 3 TLW HOW 数据块—2星历表继续
1500
比特
子帧 4 TLW HOW 数据块—3卫星历书等
子帧 5 TLW HOW 数据块—3卫星历书等
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导航电文内容
1、遥测码（TLW—Telemetry WORD） 位于个子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。 遥测码的第1～8比特是同步码，使用户便于解释 导航电文；第9～22比特为遥测电文，其中包括 地面监测系统注入数据时的状态信息、诊断信息 和其它信息。第23和第24比特是连接码；第 25～30比特为奇偶校验码，它用于发现和纠正 错误。
GPS定位系统是由三 个部分组成： （1）GPS卫星星座 （空间部分） （2）地面监控系统 （地面控制部分） （3）GPS信号接收机 （用户设备部分）。
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GPS卫星星座组成
共24颗卫星，其中3颗备用 分布在6个轨道面上
图1—GPS卫星星座
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GPS卫星星座组成
轨道面相对地球赤道面的倾角为55度 各轨道平面升交点赤经相差60度 相邻轨道上卫星的升交距角相差30度 轨道平均高度约20200km 运行周期11h58m
无线定位系统 原理与应用
主要内容
• GPS（Global Positioning System） • GLONASS（GLObal NAvigation Satellite System） • Galileo • 北斗双星导航定位系统 • GSM移动定位系统
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GPS概述
全球卫星定位系统（简称GPS）是美国从本世 纪70年代开始研制，历时20余年，耗资200亿美 元，于1994年全面建成。全球卫星定位系统以全 天候、高精度、自动化、高效益等特点，成功地应 用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导 航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘 察、地球动力学等多种学科，取得了好的经济效益 和社会效益。
基本频率
10.23MHz
10
204600
154
L1载波
C/A码
P码
数据码
1575.42MHz 1.023MHz 10.23MHz 50BPS
120
L2载波 1227.60MHz
P码
数据码
10.23MHz 50BPS
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GPS卫星信号的测距码
GPS卫星所采用的两种测距码，即粗测距 (C/A)码和精测距（P码或Y码），均属于伪 随机码。