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1、一.衛(wèi)星的地心直角坐標系,GPS采用WGS84坐標系,GPS定位計算時必須進行坐標系的轉(zhuǎn)換。（WGS84坐標系轉(zhuǎn)換成地理坐標系）,二、GPS的定位原理,,,,1.定位原理,GPS屬球面導航系統(tǒng),衛(wèi)星的位置根據(jù)衛(wèi)星歷書計算可得,(x,y,z),用戶連續(xù)測到3顆衛(wèi)星的距離，即可得到三個球面，其交點即為用戶的位置,三.偽測距,1.衛(wèi)星及用戶的時間偏差衛(wèi)星的時間偏差用戶的時鐘偏差2.信號傳播延遲綜和以上因素，用戶利用GPS接收機測得的距離不是用戶到衛(wèi)星的真距離，稱為“偽距離”，測量偽距離稱為偽測距。,,,2.偽測距,由于衛(wèi)星鐘誤差、用戶鐘誤差、信號傳播誤差（電離層折射誤差和對流層折射誤差）等的影響，G
2、PS接收機測得的用戶到衛(wèi)星的距離不是真實距離，稱為偽距離。,,用戶到第i顆衛(wèi)星的真實距離:：,X、Y、Z及Xsi、Ysi、Zsi分別是用戶和衛(wèi)星在空間三維坐標。,3.定位計算,1）導航儀根據(jù)其內(nèi)存儲的GPS歷書，計算衛(wèi)星的概略位置,2）導航儀根據(jù)鍵入的推算船位、時間、精度幾何因子數(shù)值選擇仰角≥5、幾何配置最好的4顆或3顆衛(wèi)星,3）導航儀對GPS衛(wèi)星進行頻率和偽碼的二維搜索，碼同步后轉(zhuǎn)入載波相位跟蹤、檢測和存儲導航電文；,4）導航儀根據(jù)所測的偽距、從衛(wèi)星星歷算出的衛(wèi)星位置、及傳播延時的計算和修正，計算出用戶的位置,第二節(jié)GPS導航系統(tǒng)設置,一、GPS地面站,1.跟蹤站：接收包括環(huán)境數(shù)據(jù)在內(nèi)的衛(wèi)星
3、的各種信息，并將測定的信息傳送到主控站；所測偽距1.5s更新一次，電離層氣象數(shù)據(jù)15min平滑一次。2.主控站：收集、評價數(shù)據(jù)，計算各衛(wèi)星原子鐘的校正參量、衛(wèi)星歷書、衛(wèi)星星歷、系統(tǒng)狀態(tài)并形成導航信息碼，送注入站；控制和調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，啟用備用衛(wèi)星。3.注入站：地面站或地面天線，將導航信息送給衛(wèi)星。,二、GPS導航衛(wèi)星網(wǎng),1.GPS導航衛(wèi)星,☆24（21+3）顆高軌20183km）衛(wèi)星，分布在6個軌道面上，軌道傾角約55度，地平線7.5度以上至少可以看到4顆，地平線上至少看到5顆，最多11顆；運行周期約11h58m（717.88m），約12h?！铍p頻發(fā)射：L1波段（1575.42MHz），P
4、碼、CA碼和導航數(shù)據(jù)調(diào)制；L2波段（1227.60MHz），P碼和導航數(shù)據(jù)調(diào)制；以后增加L5（1176MHz）☆電源：太陽能、鎘鎳電池☆衛(wèi)星鐘：原子鐘1980.1.6.☆微處理器、存儲器、收發(fā)機、監(jiān)測傳感器、應急通信轉(zhuǎn)發(fā)器、30度波束圓極化天線,2.GPS衛(wèi)星導航電文,1）P碼和CA碼,CA碼：低速、短周期的偽隨機二進制序列碼，（1.023MHz、1ms），測距精度低，協(xié)助捕獲P碼,P碼：快速、長周期的偽隨機二進制序列碼，（10.23MHz、7day），測距精度高，難于捕獲,優(yōu)點:a.抗干擾CA（P）碼有良好的自相關函數(shù)，使其易于在噪聲背景中被識別；不同的CA（P）碼間有良好的互相關函數(shù)，則不
5、同的衛(wèi)星信號間的相互干擾很小。b.碼分多址識別：CA碼：1025種；P碼：1444種c.偽碼加密GPS數(shù)據(jù)經(jīng)過CA（P）碼擴頻發(fā)射，又需經(jīng)解擴提取d.精確測距,,,,GPS衛(wèi)星發(fā)射偽碼和用戶本機采用的基準偽碼結(jié)構相同且時間嚴格同步，衛(wèi)星信號經(jīng)過空間傳播后背用戶接受，相同結(jié)構的碼之間的時間差即為傳播延時。用戶本機產(chǎn)生的基準偽碼通過碼相關電路跟蹤接受偽碼，形成本機跟蹤偽碼，本機跟蹤偽碼與本機基準偽碼比較，從而測量出衛(wèi)星到用戶的傳播延時，該延時乘以光速即到得到“偽距離”。,,GPS接受機通過GPS天線接受到微弱的衛(wèi)星信號，通過前置放大器放大送至變頻器把射頻（RF）信號變化成中頻（IF）信號，經(jīng)過中頻放大后，送至信號解擴解調(diào)器電路，解擴解調(diào)電路的作用是：通過碼相關電路使本機跟蹤偽碼在時間上和接收的衛(wèi)星信號偽碼對準，去處衛(wèi)星信號中的偽隨機噪聲碼，解調(diào)出GPS數(shù)據(jù)信號，經(jīng)數(shù)據(jù)同步、濾波處理后檢出GPS衛(wèi)星電文。,
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