空间电子技术与天文史话结课论文.doc

蒀GPS的应用简介及前景荿摘要:GPS具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点。它是造福人类社会的一项伟大工程,以深入到各行各业的活动中去,具有不可替代的作用和划时代的意义。本文主要介绍了GPS导航定位系统的组成、基本工作原理、特点以及在各领域中的应用等,力求让大家对GPS全球导航定位系统有一个全面基本的了解和认识。螅关键词:GPS卫星导航GPS接收机GPS卫星信号导航与定位薃一、GPS的系统组成芁GPS系统由三个部分组成:空间部分、地面支撑系统、用户设备部分莁1、空间部分:GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座,由24颗卫星组成,其中21颗工作卫星,3颗备用卫星,均匀分布在6个轨道上。卫星轨道平面与地球赤道面倾角为55°,各个轨道平面的升交点赤经相差60°,(恒星时),同一轨道上的各卫星的肇升交角距为90°,GPS卫星的上述时空配置,基本保证了地球上任何地点,在任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星,以满足地面用户实时全天候精密导航和定位。GPS卫星的主体呈圆柱形,,重约774kg,两侧各安装两块双叶太阳能电池板,能自动对日定向,以保证卫星正常工作用电。每颗卫星带有四台高精度原子钟,其中2台为铷钟,2台为铯钟。GPS卫星上设有微处理机,可以进行必要的数据处理工作,它主要的3个基本功能:根据地面监控指令接收和储存由地面监控站发来的导航信息,调整卫星姿态、启动备用卫星;向GPS用户播送导航电文,提供导航和定位信息;通过高精度卫星钟向用户提供精密的时间标准。芆2、地面系统:对于导航定位来说,GPS是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历——描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所发射的星历是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行,都要由地面系统进行检测和控制。地面监控系统的另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。这就需要地面检测各颗卫星的时间求出钟差。然后由地面注入站发给卫星,卫星再由导航电文发给用户设备。GPS卫星的地面工作系统包括一个主控站,三个注入站和五个监测站。1个主控站,其位于美土(ColoradoSpings)的联合空间执行中心CSOC3个注入站,其分别设在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森岛和南太平洋的卡瓦加兰。5个监控站,其中4个与主控站、注入站重叠,另外一个设在夏威夷。主控站的主要任务为:根据各监控站提供的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫星钟差、和大气层修正参数并把这些数据传送到注入站;提供GPS系统的时间标准;调整偏离轨道的卫星,使之沿预定的轨道运行;启用备用卫星以取代失效的工作卫星。注入站的主要任务为:在主控站的控制下,把主控站传来的各种数据和指令等正确并适时地注入到相应卫星的存储系统。监测站的主要任务为:给主控站编算导航电文供观测数据,每个监控站均用GPS信号接收机,对每颗可见卫星每6秒钟进行一次伪距测量和积分多普勒观测,并采集气象要素等数据。羁3、用户设备部分:GPS发送的导航定位信号,是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋、空间的广大用户,只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同,用户要求的GPS信号接收机也各有差异。其主要功能是接收GPS卫星发射的信号,获得必要的导航和定位信息及观测量,并经简单数据处理实现实时导航和定位,用后处理软件包对观测数据进行精加工,以获取精密定位结果。膈二、GPS工作原理膆GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰,这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距(PR):当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种,分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/,重复周期一毫秒,码间距1微秒,相当于300m;,,,相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的,保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来,以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码;每三十