1、GPS系統概述GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰略的重要組成。經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座己布設完成。一、GPS構成 1.空間部分 GPS的空間部分是由24顆工作衛星組成,它位于距地表20200km的上空,均勻分布在6 個軌道面上

2、(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55°。此外,還有3 顆有源備份衛星在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛星,并能在衛星中預存的導航信息。GPS的衛星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導航精度會逐漸降低。 2. 地面控制系統 地面控制系統由監測站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天線(Ground Antenna)所組成,主控制站位于美國科羅拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站負責收集由衛星傳回之訊息,并計算衛星星歷、相對距離,大氣校正等數據。 3.用戶設備部分

3、 用戶設備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，就可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率,解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的后處理軟件包構成完整的GPS 用戶設備。GPS 接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在于更換外電源時不中斷連續觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機后，

4、機內電池為RAM存儲器供電，以防止數據丟失。目前各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。其次則為使用者接收器,現有單頻與雙頻兩種,但由于價格因素,一般使用者所購買的多為單頻接收器。二、GPS原理         GPS導航系統的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的，衛星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過紀錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這

5、一距離并不是用戶與衛星之間的真實距離，而是偽距（PR）：當GPS衛星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼（簡稱偽碼）發射導航電文。GPS系統使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒，碼間距1微秒，相當于300m；P碼頻率10.23MHz，重復周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的，保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調制出來，以50b/s調制在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前

6、三幀各10個字碼；每三十秒重復一次，每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊，其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時，提取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離，再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置，用戶在WGS-84大地坐標系中的位置速度等信息便可得知。 可見GPS導航系統衛星部分的作用就是不斷地發射導航電文。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外，還要引進一個t即衛星與接收機之間的時間差作為未知數，然后用4個方程將這4個未知數解出

7、來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛星的信號。         GPS接收機可接收到可用于授時的準確至納秒級的時間信息；用于預報未來幾個月內衛星所處概略位置的預報星歷；用于計算定位時所需衛星坐標的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個衛星不同，隨時變化）；以及GPS系統信息，如衛星狀況等。         GPS接收機對碼的量測就可得到衛星到接收機的距離，由于含有接收機衛星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對0A碼測得的偽距稱為UA碼偽距

8、，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。 GPS接收機對收到的衛星信號，進行解碼或采用其它技術，將調制在載波上的信息去掉后，就可以恢復載波。嚴格而言，載波相位應被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛星信號載波相位與接收機本機振蕩產生信號相位之差。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛星振蕩器的相位初值是不知道的，起始歷元的相位整數也是不知道的，即整周模糊度，只能在數據處理中作為參數解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續觀測值時才能使用相

9、位觀測值，而要達到優于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。         按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。單點定位就是根據一臺接收機的觀測數據來確定接收機位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導航定位。相對定位（差分定位）是根據兩臺以上接收機的觀測數據來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應采用相位觀測值進行相對定位。         在GPS觀測量中包含了

10、衛星和接收機的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應等誤差，在定位計算時還要受到衛星廣播星歷誤差的影響，在進行相對定位時大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機可以根據兩個頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機間距離較遠時（大氣有明顯差別），應選用雙頻接收機。 三、GPS功用 全球定位系統的主要用途： (1) 陸地應用，主要包括車輛導航、應急反應、大氣物理觀測、地球物理資源勘探、工程測量、變形監測、地殼運動監測、 市政規劃控制等； (2) 海洋應用，包括遠洋船最佳航程航線測定、船只實時調度與導航、海洋救援、海洋探寶、水文地質測量以及海洋平臺定位、海平面升

11、降監測等； (3) 航空航天應用，包括飛機導航、航空遙 感姿態控制、低軌衛星定軌、導彈制導、航空救援和載人航天器防護探測等。窗體頂端北斗衛星導航系統簡介 （一）概述         北斗衛星導航系統BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。系統建設目標是：建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的北斗衛星導航系統，促進衛星導航產業鏈形成，形成完善的國家衛星導航應用產業支撐、推廣和保障體系，推動衛星導航在國民經

12、濟社會各行業的廣泛應用。         北斗衛星導航系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，地面段包括主控站、注入站和監測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛星導航系統兼容的終端。 （二）發展歷程         衛星導航系統是重要的空間信息基礎設施。中國高度重視衛星導航系統的建設，一直在努力探索和發展擁有自主知識產權的衛星導航系統。2000年，首先建成北斗導航試驗系統，使我國成為繼美、俄

13、之后的世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。該系統已成功應用于測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產生顯著的經濟效益和社會效益。特別是在2008年北京奧運會、汶川抗震救災中發揮了重要作用。為更好地服務于國家建設與發展，滿足全球應用需求，我國啟動實施了北斗衛星導航系統建設。 （三）建設原則         北斗衛星導航系統的建設與發展，以應用推廣和產業發展為根本目標，不僅要建成系統，更要用好系統，強調質量、安全、應用、效益，遵循以下建設原則： 1、開放性。北斗衛星導航系統的建設

14、、發展和應用將對全世界開放，為全球用戶提供高質量的免費服務，積極與世界各國開展廣泛而深入的交流與合作，促進各衛星導航系統間的兼容與互操作，推動衛星導航技術與產業的發展。 2、自主性。中國將自主建設和運行北斗衛星導航系統，北斗衛星導航系統可獨立為全球用戶提供服務。 3、兼容性。在全球衛星導航系統國際委員會（ICG）和國際電聯（ITU）框架下，使北斗衛星導航系統與世界各衛星導航系統實現兼容與互操作，使所有用戶都能享受到衛星導航發展的成果。 4、漸進性。中國將積極穩妥地推進北斗衛星導航系統的建設與發展，不斷完善服務質量，并實現各階段的無縫銜接。 （四）發展計劃   &#

15、160;     目前，我國正在實施北斗衛星導航系統建設，已成功發射兩顆北斗導航衛星。根據系統建設總體規劃，2012年左右，系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。 （五）服務         北斗衛星導航系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務，包括開放服務和授權服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。授權服務是

16、為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。         為使北斗衛星導航系統更好地為全球服務，加強北斗衛星導航系統與其它衛星導航系統之間的兼容與互操作，促進衛星定位、導航、授時服務的全面應用，中國愿意與其它國家合作，共同發展衛星導航事業。下載： 更多了解可查詢深圳金凱博，kingcable點com點cn窗體頂端淺談衛星導航信號模擬器的應用一、衛星導航發展現狀         隨著北斗衛星導航系統的

17、“三步走”部署開始實施，衛星導航這個新興技術越來越受到各行各業的青睞。當今世界上一共存在四大衛星導航系統，其中包括美國的GPS，俄羅斯的GLONASS，歐盟的Galileo和中國的北斗衛星導航系統。除了這四個全球導航系統，還有部分國家正在開展局域衛星導航系統或者是導航衛星增強系統，為的是滿足本國或者周邊地區的高精度定位與導航應用，這其中就包括了美國的WASS，印度的GAGAN和日本的QZSS等。美國人的GPS衛星導航系統走在了各大系統的前列，也是全球應用最為廣泛的導航系統。隨著美國于2000年對公眾取消了SA干擾后，地面GPS設備猶如井噴狀發展，GPS設備不斷的滲透到人們生活中的各個角落，現已

18、成功應用在了軍事，交通，電力，安防，授時等領域。         對比美國的GPS和俄羅斯的GLONASS，我國的北斗衛星導航系統起步較晚。我國于2000年開始開通北斗衛星導航試驗系統服務，該系統有別于GPS的無源定位原理，采用雙星有源定位模式，并具有短報文通訊功能，并成功的應用在測繪、電信、水利、漁業、交通運輸、森林防火、減災救災和國家安全等諸多領域，為我國發展北斗衛星導航系統做好了充分的技術和市場鋪墊。伴隨著2010年6月第四顆北斗導航衛星的升空，我國自主的北斗定位系統正式進入了密集的空間組網階段，并計劃于2012年前后

19、開通對亞太地區的衛星導航定位服務，于2020年達到全球信號覆蓋能力。 更多了解可查詢深圳金凱博，kingcable點com點cn        參考GPS的成功經驗，隨著北斗衛星導航系統的逐步完善，相應的地面應用也會很快的普及開來。如何在導航芯片和終端的生產過程中驗證產品的性能，如何在某些特殊場合驗證終端的定位性能，如何在大規模生產中確保產品的質量，這些問題都擺在所有衛星導航從業者的面前趨待解決。只有合理的解決了以上幾個疑問，才能保證衛星導航芯片和終端的質量，也為北斗定位導航產品的普及和市場推廣工作奠定了扎實的技術基礎，從而

20、增強國民對我國自主知識產權的北斗衛星導航系統使用的信心。 二、衛星導航信號模擬器技術         從美國GPS的過往經驗表明，只有在實驗室里做了充分測試驗證的衛星導航產品，才能禁得起客戶和市場的考驗。早在GPS建設初期，相關的地面測試驗證工作就已經全面普及開來，其中很重要的一個環節就是利用衛星導航信號模擬器產生導航信號，進行導航芯片和終端的測試工作。         衛星導航信號模擬器一般能夠產生一個導航系統或多個導航系統兼容的全星座衛星導航信號。其在

21、模擬導航衛星運動的同時，也可以同時模擬接收終端的運動狀態。模擬器既能夠根據預先設定的軌跡信息，生成衛星導航模擬信號；也能夠接收半實物仿真計算機傳輸的載體的位置、速度、加速度、姿態等信息，模擬多顆衛星在軌的位置分布和運動，根據載體的姿態、接收機天線布置、天線方向圖、接收機與衛星的之間距離的遠近等因素，模擬衛星定位接收機收到的不同導航衛星射頻信號的到達入射角、強弱和延時，進而模擬載體飛行過程中的衛星導航過程，實時或近實時的生成衛星導航模擬信號。信號模擬源所生成的衛星導航信號包含了衛星發射信號的特征，以及信號經過空間傳播后到達終端設備處所附加的各種傳播效應。    &#

22、160;    顯而易見，模擬器作為一個衛星導航信號產生儀器，已經具備了完備的信號仿真能力和豐富的操控能力，現在已經成為各大導航實驗室和測試研發機構不可或缺的儀器之一。利用其進行產品測試工作，可以有以下幾大優點：  可控性：可以引入或屏蔽真實環境中的各類系統誤差；可以打開或關閉任意一顆導航衛星的信號。 可重復性：可以在同樣的環境條件下進行多次重復的測試，從而進行定位性能比對，定量分析導航終端的定位效果。 廣泛性：可以仿真任意時間，任意地點，任意姿態的導航終端運動狀態；可在靜態、低動態、高動態的環境下進行導航終端測試。 信號可用性：衛星導航芯片或者接收機的研發往往先于衛星導航系統的建設，即在衛星導航系統完成建設前，就需要接收到該導航系統衛星發射的導航信號，例如中國的北斗衛星導航系統和歐盟的Galileo。衛星導航模擬器可以完全模擬任意一種已建成或在建設的衛星導航系統，達到地面終端開發與空間衛星建設同步的狀態。 節約成本：利用衛星導航模擬器進行測試，可以節約在實測過程中的大量人力和設備成本，確保產品質量的前提下提高效率，節約開發和測試周期。 三、應用案例         北京華力創通科技股份有限公司在2005年開始進行衛星導航信號模擬器研究，經過多年的努力，現在已經形成了