2.5全球衛星定位系統主要內容計算機通訊及網絡技術數據庫技術EDI技術條形碼技術全球衛星定位系統地理信息系統射頻技術MRP與DRP技術（另講）自動化倉庫系統（另講）CRM-客戶關系管理2.5全球衛星星定位系系統2.5..1GPS的功功用與特特點2.5..2GPS的應用用2.5..3GPS的系統統組成與與工作頻頻率2.5..4GPS系統的的地面支支持網2.5..5GPS系統工工作原理理2.5..6GPS定位誤差差2.5..7GPS用戶設設備2.5..8差差分GPS系系統2.5..9全全球導導航衛星星系統GNSS2.5..1GPS的功功用與特特點衛星導航航是利用用人造地地球衛星星來進行行導航,相當于把把導航臺臺搬到天天上。導航星全全球定位位系統（（NavstarGlobalPositioningSystem），簡稱GPS系統。GPS系統可在在全球范范圍內，，全天候候為海上上、陸上上、空中中、空間間的用戶戶連續地地提供高高精度的的位置、、速度和和時間信信息，并并且有良良好的抗抗干擾和和保密性性能，對對導航定定位、大大地測量量，以及及精密授授時等均均具有重重要意義義。GPS系統有21顆工作衛衛星和3顆在軌的的備用衛衛星，它它們平均均配置在在六個軌軌道上。。衛星發射射用偽隨隨機碼（（偽碼））調制的的兩種頻頻率；L1＝1575.42MHZ,L2＝1227.6MHZ。用戶設備備用測量量到幾顆顆衛星的的距離的的方法，，來確定定觀察點點的位置置。GPS系統能連連續提供供三維位位置（經經度、緯緯度、高高度）、、三維速速度和時時間，實實現近乎乎實時的的導航定定位。雙頻發射射是為了了供用戶戶設備消消除電離離層對傳傳播的影影響。2.5..1GPS的功功用與特特點偽碼有P碼、、C／A碼、Y碼三種種。P碼信號號，定位位精度高高，保密密性好，，僅供美美軍和特特許用戶戶使用，，實時定定位精度度優于16米，，測速精精度優于于0..l米／／秒，授授時精度度優于0.1微秒。。C／A碼碼信號供供一般用用戶使用用，定位位精度可可達20～40米。。

2.5..1GPS的功功用與特特點P碼的精度度高，但但編制P碼的方程程式早已已公開。。美國計計劃在必必要時要要實施A—S（Anti－spoofing反電子欺欺騙）政政策，將將P碼加密編編譯成Y碼，Y碼的編制制方程式式嚴格保保密。Y碼用于有有潛在威威脅的軍軍事環境境中。如如敵方播播發一種種精度降降低的假假P碼信號，，企圖欺欺騙GPS用戶設備備錯誤的的跟蹤它它，裝有有選擇Y碼用的附附加輸出出芯片的的P碼接收機機，不接接受這種種假信號號，有效效地防止止電子欺欺騙。A—S可以接通通或關閉閉。民間使用用上為了了能獲得得更好的的定位精精度，已已經相繼繼采取了了一些措措施。例例如，C／A碼采用差差分GPS技術，可可以達到到米級的的定位精精度；供供測地用用的采用用無碼技技術的用用戶設備備，可以以達到厘厘米級的的相對定定位精度度。2.5..1GPS的功功用與特特點2.5..2GPS的應用用一、海上上應用—導航等二、陸地地——定位、測測距、車車輛導航航三、空中中和空間間應用（一）空空中應用用1、航路導導航由于GPS具有全球球覆蓋、、全天候候、高精精度和動動態適應應能力。。它可以以直接用用于飛機機的航路路導航。。由于它它不依靠靠地面導導航臺，，因而能能適合于于邊遠、、荒漠、、海上、、極區等等空域的的飛行，，并可實實施直飛飛航線或或隨機航航線，增增加飛行行靈活性性2、進近著著陸利用差分分GPS能達到進進近著陸陸的精度度要求，，因而能能取代儀儀表著陸陸系統（（ILS）和微波著著陸系統統（MLS）。3、機場的場場面活動動管理當飛機和和場面活活動的車車輛都裝裝有GPS接收機和和直接向向塔臺報報位的通通信線路路后，可可以監視視和調動動所有場場面活動動的飛機機和車輛輛。4、自動相相關監視視GPS接收機的的定位數數據可以以為自動動相關監監控提供供每架飛飛機的位位置報告告給地面面管制部部門，在在其顯示示器上呈呈現和雷雷達監視視相當的的空中交交通活動動圖像，，以便實實施管制制。2.5..2GPS的應用用2.5..2GPS的應用用（二）空空間應用用1、對導彈彈進行實實時跟蹤蹤和制導導導彈裝上上GPS接收設備備，可以以測出飛飛行彈道道。此外外，還可可用于導導彈的制制導，使使導彈（（或炸彈彈）不僅僅可以低低空攻擊擊目標，，高空攻攻擊目標標亦有很很高的命命中精度度。2、確定空空間運載載體的軌軌道航天飛機機、軌道道衛星等等空間運運載體上上裝備GPS接收機，，可以精精確確定定自身的的軌道位位置。2.5..3GPS的系統統組成與與工作頻頻率該系統由由地面支支持網、、空中衛衛星群和和用戶設設備三個個子系統統組成。。

1、地面支支持網：：監控衛衛星并根根據測算算結果向向衛星提提供時間間改正參參數、衛衛星星歷歷等資料料。2、空中衛衛星群：：衛星接接收來自自地面站站的信息息，并向向用戶發發射以C／A碼和P碼調制的的、帶有有時間信信息和衛衛星星歷歷等導航航參數的的1575．42MHz和1227．60MHz兩種載波波頻率的的信號。。3、用戶設設備：接接收衛星星發射的的時間信信號和衛衛星軌道道信息，，求得衛衛星位置置，利用用時間信信號和偽偽碼相關關測量衛衛星到測測者的偽偽距，并并由計算算機解算算用戶位位置、速速度等參參數。2.5..3GPS的系統統組成與與工作頻頻率2.5..4GPS系統的的地面支支持網GPS系統的地地面支持持網由五五個監測測站、一一個主控控站和四四個注入入站組成成。監測站收收集衛星星及當地地氣象資資料送給給主控站站。主控站根根據這些些資料計計算衛星星軌道等等導航信信息，然然后由注注入站每每隔8h向衛星發發送一次次，更新新衛星資資料，以以便衛星星向用戶戶設備轉轉發導航航信息。。2.5..4GPS系統的的地面支支持網圖2地地面臺臺站設置置一、監測測站監測站（MS）有5個，分別別設在太太平洋的的夏威夷夷、科羅羅拉多的的斯普林林斯、馬馬紹爾群群島的夸夸賈林島島、印度度洋的迪迪戈加西西亞島、、南大西西洋的阿阿森松島島等。每個監測測站有一一臺用戶戶接收機機，若干干臺環境境數據傳傳感器，，一架原原子鐘和和一臺計計算機信信息處理理機.它的任務務是對所有有視見衛衛星每1.5s測量一次次距離數數據；監監測導航航信息；；收集當當地環境境氣象數數據；（（通過環環境傳感感器收集集當地的的氣象數數據，為為了計算算對流層層校正數數據）.監測站的的計算機機控制所所有數據據的收集集，并將將得到的的數據存存貯，然然后把這這些數據據送到主主控站。。2.5..4GPS系統的的地面支支持網二、主控控站主控站（（MSC）設在美國國科羅拉拉多州斯斯普林斯斯的聯合合空間工工作中心心。它負負責對系系統控制制部分的的運轉實實行全面面的控制制。具體任務務是：提提供GPS系統的時時間基準準；處理理由各監監控站送送來的數數據；編編制各衛衛星的星星歷；計計算各衛衛星鐘的的偏差和和電離層層校正參參數等，，然后把把不斷更更新的導導航信息息送到注注入站再再轉發給給衛星。。監測站每每6秒鐘將其其所測得得的衛星星距離信信息和氣氣象數據據發送給給主控站站，主控控站對測測量結果果中各種種已知的的偏差如如電離層層延時，，對流層層折射等等進行修修正；然然后進行行一次數數據處理理,得到衛星星位置、、衛星速速度、衛衛星的時時鐘偏差差等估值值：然后按一一定格式式轉化為為導航電電文送入入注入站站2.5..4GPS系統的的地面支支持網三、注入入站目前注入入站有4個，分別別位于美美國的科科得角，，南大西西洋的阿阿森松島島，印度度洋的迪迪戈加西西亞島和和太平洋洋的馬紹紹爾群島島的夸賈賈林島。。注入站為為主控站站和衛星星之間提提供接口口關系。。它用1754MHz—1854MHz的頻率向向衛星注注入有關關數據。。注入數數據有用用戶導航航信息（（包括時時鐘校正正參數、、大氣校校正參數數）、衛衛星星歷歷及全部部歷書數數據。2.5..4GPS系統的的地面支支持網2.5..5GPS系統工工作原理理GPS系系統空中中衛星群群由21顆工作作衛星和和3顆備備用衛星星組成。。它們接接收地面面站發送送來的星星鐘修正正參數、、電離層層校正參參數等導導航信息息，為用用戶提供供精密和和標準定定位服務務。一、衛星星星座GPS衛衛星網為為21顆顆衛星星星座布局局，它包包括24個衛星星位置，，等間隔隔分布在在6個軌軌道平面面，軌道道傾角為為55度度，兩個個軌道在在經度上上相隔600。每一軌軌道面上上有4顆衛星星。如圖圖3所示示。衛星星座座衛衛星星群空間間結構2.5..5GPS系統工工作原理理衛星在高高約20183km的的近圓軌軌道上運運行，周周期約12h。。每顆衛衛星繞地地球運行行兩圈時時，地球球恰好繞繞其軸轉轉一周。。這樣，每每顆衛星星每一恒恒星日有有1～2次通過過地球上上同一地地點的上上空。每每一顆衛衛星每天天至少一一次通過過一個地地面控制制站的上上空，因因此控制制站可全全部設在在美國國國內。同時，地地球上任任一地方方用戶任任一時刻刻至少可可看到仰仰角5度度以上的的4顆衛衛星。衛星姿態態采用三三軸穩定定方式，，保證衛衛星上天天線的輻輻射口總總是對準準地面。。2.5..5GPS系統工工作原理理2.5..5GPS系統工工作原理理二、衛星星提供的的導航信信息1、衛星工工作方式式衛星中裝裝有接收收機、發發射機、、高精度度的振蕩蕩器、導導航電文文存貯器器。接收機接接收地面面站發送送的導航航信息，，它包括括衛星星星歷、歷歷書（衛衛星的概概略坐標標）、衛衛星時鐘鐘和電離離層校正正參數等等，同時時還接收收地面站站發送的的控制指指令。衛星上時時鐘的標標準頻率率f0=10..23MHZ，它是衛星星上各種種頻率的的同步信信號。P碼的碼頻頻率等于于f0，C／A碼的碼頻頻率為f0/10，載波頻率率f1=154f0,f2=120f0.2.5..5GPS系統工工作原理理載波L1用P碼、C／A碼和導航航數據信信息進行行相位調調制。載載波L2只用P碼和導航航數據信信息調制制.C／A碼是一種種偽隨機機噪聲碼碼序列，，其頻率率為1.023MHz，周期1ms。它是一種種短碼，，易于捕捕獲。不不同的的衛星分分配了不不同結構構的C/A碼。P碼也是一一種偽隨隨機噪聲聲碼序列列。其頻頻率為10.23MHz，周期約267天。實際際上使用用的P碼周期為為7天。不同同結構的的P碼分配給給不同的的衛星，，在一星星期內，，各衛星星的P碼不重復復。P碼是一種種長期的的精確碼碼，它難難以捕獲獲。通常常先捕獲獲C／A碼，然后后使用導導航電文文中含有有的交接接碼轉到到P碼。

2.5..5GPS系統工工作原理理2、衛星星導航電電文導航電文文是衛星星提供給給用戶的的信息，，它包括括衛星狀狀態、衛衛星星歷歷、電離離層修正正參數和和衛星鐘鐘偏差校校正參數數以及時時間等內內容。圖圖6是導導航電文文結構示示意圖。。2.5..5GPS系統工工作原理理(一)導航電文文及其格格式導航電文文是二進進制文件件，它是是按一定定格式組組成數據據幀，按按幀向外外播送。。每幀導航航電文由由5個子幀組組成。第第1、2、3幀播放該該衛星的的星歷和和衛星鐘鐘修正參參數，其其內容每每小時更更新一次次。第4、5幀播放所所有空中中GPS衛星的歷歷書（衛衛星的概概略坐標標），完完整的歷歷書占25幀。每個子幀幀含有10個字，每個字占占30bit.2.5..5GPS系統工工作原理理(二)導航電文文內容導航電文文中各子子幀的格格式見下下圖2.5..5GPS系統工工作原理理1.TEL：遙測碼每個子幀幀的第一一個字碼碼為遙測測字（TEL）它指明衛衛星注入入數據的的狀態，，由星載載設備產產生，遙遙測字開開頭8個碼位作作捕獲導導航數據據的前導導；隨后后14個bit是遙測電電文，內內容包括括地面注注入數據據的狀態態，診斷斷信息等等，指導導用戶是是否選用用該衛星星。2.HOW:轉換碼每個子幀幀的第二二個字碼碼為轉換換碼.它可以輔輔助用戶戶從捕獲獲的C/A碼轉換到到捕獲P碼.3.導航信息息:每個子幀幀中的后后8個字導航航信息或或專用電電文,由地面控控制站注注入給衛衛星。2.5..5GPS系統工工作原理理衛星發送送出的信信號有：：1、L1和L2兩種載波波；2、C／／A碼和和P碼兩兩種偽隨隨機碼；；3、導航航電文（（包括時時間信號號、衛星星軌道資資料、電電波傳播播修正參參數和衛衛星鐘校校正參數數、歷書書）。2.5..5GPS系統工工作原理理2.5..5GPS系統工工作原理理GPS基本工作作原理GPS接收機接接收來自自衛星的的導航信信息，利利用星歷歷資料計計算衛星星位置;利用偽隨隨機碼或或載波相相位測量量測者到到衛星的的距離，，最后解解算導航航方程求求測者位位置的經經緯度。。

2.5..5GPS系統工工作原理理一、測時時間差求求距離GPS中，測量量者到衛衛星的距距離是通通過測電電波從衛衛星發射射到被用用戶接收收機接收收的時間間間隔來來確定的的，即根根據衛星星信號傳傳播時間間與電波波傳播速速度的乘乘積來求求得。而衛星信信號傳播播時間通通過測量量衛星信信號的C／A碼或P碼與用戶戶接收機機內產生生的同類類碼相關關所需要要的相移移來求得得。1、偽碼測測距原理理如圖8所示，上上一行是是接收到到的衛星星偽碼信信號，下下一行是是接收機機產生的的偽碼信信號，它它的格式式與衛星星的偽碼碼相同，，由接收收到的衛衛星偽碼碼信號相相對于接接收機產產生的偽偽碼信號號的延遲遲量，就就可得衛衛星與用用戶接收收機之間間的距離離。這種種未經修修正的距距離稱為為偽距。。2.5..5GPS系統工工作原理理2、偽碼碼測距方方法如圖9所所示，被被接收、、檢測和和放大的的偽隨機機序列與與接收機機產生的的偽碼序序列通常常是不同同步的，，本機的的偽碼在在時鐘的的控制下下逐步地地移動，，直到接接收的和和本機的的偽碼信信號同步步，則相相關器輸輸出控制制信號停停止本機機偽碼的的移動，，并將測測得的時時間信息息提供給給計算機機。2.5..5GPS系統工工作原理理圖10示出了相相關接收收的一個個例子，，第2行是接收收來自衛衛星的10個碼元信信號，第第3行是本機機產生的的偽碼序序列的10個碼元。。當接收的的偽碼信信號與本本機偽碼碼信號不不同步時時，在時時鐘控制制下，本本機偽碼碼序列右右移，直直到第4行所示狀狀態，即即同步，，此時相相關器輸輸出高電電平停止止本機偽偽碼的移移動。測得的時時間差是是5個碼元持持續時間間，每個個碼元為為1s，共5s。2.5..5GPS系統工工作原理理二、衛衛星定位位算法1、導航方方程自相關測測量衛星星發送的的偽碼和和本機產產生的偽偽碼間差差值而得得到的距距離，并并不是測測者到衛衛星的真真實距離離，許多多因素使使它帶有有不同性性質的誤誤差，影影響較大大的有衛衛星鐘差差、用戶戶鐘差、、電波傳傳播誤差差等。這這些誤差差嚴重地地影響衛衛星的定定位精度度，必須須盡可能能予以修修正。2.5..5GPS系統工工作原理理（1）GPS時間系系統原子時是是以銫原原子133基態兩個個超精細細能級間間躍遷所所輻射的的電波振振蕩周期期為基礎礎的時間間系統。。起始歷歷元為1958年1月1日0點。原子子時穩定定、均勻勻、至今今未見變變化。協調世界界時UTC是以原子子秒為單單位，GPS時是一種種連續的的、高精精度的、、均勻的的時間系系統，它它以原子子秒為單單位，時時間間隔隔為一周周即604880s）。它開始和和結束在在每周星星期六和和星期日日之間的的子夜零零點時刻刻。GPS時起點1980年1月6日UTC的零點。。它常用用自起點點以后的的周數、、日數、、GPS秒來表示示時間。。GPS時間計量量是通過過Z計數（從從每個星星期日的的零時開開始計數數，）進進行的，，利用Z計數器可可以較快快地捕獲獲P碼。2.5..5GPS系統工工作原理理（2）鐘差GPS時間是整整個系統統的時間間標準。。它在導導航電文文的交換換字中每每6s向用戶發發送一次次。由于于1ns即s的誤差將將導致距距離誤差差0．3m，所以整個個系統要要求嚴格格與主控控站的原原子鐘同同步。通常衛星星鐘和用用戶鐘都都有誤差差。衛星鐘差差可根據據導航電電文確定定。用戶鐘差差可在導導航解算算過程中中獲得。。2.5..5GPS系統工工作原理理(3)電波傳播播誤差該誤差主主要由電電離層和和對流層層對電波波的影響響造成的的。a．電離層的的影響地球上方方50km到1000km區域的大大氣層，，由于受受太陽紫紫外線等等影響而而電離成成自由電電子和離離子，形形成密度度隨晝夜夜、季節節、地磁磁緯度及及太陽活活動情況況變化的的電離層層。當電電波穿越越該區域域時，將將受到非非線性傳傳播性能能的影響響。衛星導航航電文中中，子幀幀1和子幀5提供了一一些參數數供校正正電離層層附加延延時用，，還有利利用偽碼碼和相位位測量、、不同測測量值線線性組合合，差分分方法等等來消除除電離層層的影響響。2.5..5GPS系統工工作原理理b．對流層層影響電波經過過對流層層時，受受氣溫、、氣壓、、濕度、、仰角等等因素影影響也會會產生傳傳播附加加延遲。。在標準準情況下下，衛星星位于天天頂時，，其誤差差約2.3m，衛星仰角角為10度時，其其誤差可可達20m。由于對流流層造成成的誤差差與衛星星仰角有有關，低低仰角時時電波通通過對流流層的路路徑長，，誤差大大，所以以實際應應用中應應選擇仰仰角大于于50的衛星2.5..5GPS系統工工作原理理（4）測距距方程圖12示出了衛衛星距離離測量中中影響測測距精確確的因素素。偽距距測量值值是用測測得的衛衛星發射射的信號號和用戶戶接收機機收到信信號的時時間差t與電波速速度C來描述的的，可寫寫為下列列表達式式：2.5..5GPS系統工工作原理理Ri=Ri+ctAi+c(tu-tui)式中：Ri——偽距；Ri——真實距離離；c——電磁波傳傳播速度度；tui——衛星鐘差差；tu——用戶鐘差差；tAi——傳播延遲遲和其它它誤差。2.5..5GPS系統工工作原理理經修正衛衛星鐘差差、電離離層和對對流層等等系統誤誤差后，，剩余誤誤差作為為隨機誤誤差:Rp=R+T+V（（2））式中：Rp—測量的的距離R——測測者到衛衛星的實實際距離離T—用戶戶鐘差對對應的距距離偏差差V——隨隨機誤差差則式（2）即為為測距導導航方程程。2.5..5GPS系統工工作原理理2、GPS定位算法法GPS衛星定位位算法很很多，依依據求解解的未知知數維數數不同，，有二維維、三維維等定位位法。依依據計算算方法不不同，有有解方程程組法、、最優估估計法等等。定位類型型還有定定點、動動點定位位之分，，差分方方法和非非差分法法之分。。2.5..5GPS系統工工作原理理2.5..6GPS定位誤差差GPS定位誤差差主要來來源于偽偽距誤差差、衛星星與測者者間相對對幾何位位置的幾幾何精度度因子GDOP（GeometricDilutionofPrecision），以及使用用不同測測地坐標標系而產產生的誤誤差。位置誤差差與偽距距誤差成成正比，，與測者者和衛星星之間的的位置關關系有關關。這種種關系通通常用幾幾何精度度因子GDOP來描述。。一、幾何何精度因因子GDOPGDOP有下述特特性：（1）它是選選定4顆衛星與與測者之之間幾何何關系造造成的位位置誤差差的放大大倍數。。當GDOP大一倍時時，位置置誤差也也將大一一倍。（2）GDOP只與衛星星和測者者的相對對位置有有關，與與所選坐坐標無關關。（3）GDOP是星座設設計的一一個判據據，即衛衛星安置置的位置置應能使使地面測測者獲得得好的GDOP值。（4）定位時時，選星星原則就就是使GDOP盡可能小小，以提提高定位位精度。。2.5..6GPS定位誤誤差為了取得得精確的的定位效效果，選選星時總總是使GDOP盡可能減減小，導導航儀通通常采用用以下方方法來選選星。（1）最佳GDOP法。即從從仰角5度以上的的星中取取4顆的全部部組合，，分別計計算GDOP值，取GDOP最小的一一組星座座進行定定位。此此法選擇擇的星座座最佳，，但計算算量大。。（2）次優GDOP。從能收到到的衛星星中先選選出三顆顆，它們們的斜距距具有最最大的垂垂直分量量、北向向分量和和東向分分量，然然后再選選一顆衛衛星使GDOP最小。（3）端四面面體法。。以測者者為中心心作單位位球，以以四顆星星在球面面的投影影點為頂頂點組成成一四面面體。當當該四面面體體積積最大時時，這四四顆衛星星的GDOP最小，參參閱圖14。2.5..6GPS定位誤誤差二、偽距距測量誤誤差GPS系統中，，因測量量帶來的的誤差，，可以全全部等效效為偽距距測量時時帶來的的距離誤誤差，稱稱為用戶戶等效測測距誤差差。它主要來來自衛星星部分，，傳播途途徑和用用戶設備備等造成成的誤差差。2.5..6GPS定位誤誤差1、星歷和和星鐘的的誤差由星歷所所給出的的衛星位位置與衛衛星的實實際位置置之差為為星歷誤誤差。它主要取取決于衛衛星跟蹤蹤系統的的質量，，如監測測站的數數量及分分布；觀觀測值的的精度；；軌道計計算時所所用的模模型及軟軟件等。。同時還還與星歷歷表的預預報間隔隔有關。。星鐘誤差差主要取取決于星星上鐘的的質量，，衛星上上雖然使使用高精精度的原原子鐘，，但它仍仍存在誤誤差，其其系統性性誤差可可由衛星星鐘校正正參數加加以修正正，而隨隨機誤差差，則難難于完全全校正。。2.5..6GPS定位誤誤差2、大氣層層傳播延延遲大氣層傳傳播延遲遲，包括括電離層層傳播延延遲和對對流層傳傳播延遲遲二部分分。其誤誤差雖經經校正，，但仍殘殘存一部部分。3、多路徑徑效應多路徑效效應是指指用戶設設備接收收到衛星星信號不不僅有直直達信號號，還有有經反射射到達的的信號，，這些信信號合成成后，使使信號特特性變化化，形成成測量誤誤差。這這種多路路徑誤差差，與用用戶天線線位置及及其附近近反射面面自然特特性有關關。4、接收機機噪聲和和量化誤誤差用戶接收收機的硬硬件和軟軟件處理理信號所所引起的的噪聲，，會在距距離測量量中對誤誤差產生生影響。。接收機機測距可可被量化化。5、接收機機通道間間偏差多通道接接收機進進行測量量時，由由于各通通道硬件件路徑不不同，會會產生通通道間偏偏差。2.5..6GPS定位誤誤差2.5..7GPS用戶設設備1GPS用戶設備備的組成成GPS用戶設備備包括GPS接收機及及其天線線，并包包括內部部配套的的或外部部選裝的的控制顯顯示設備備。接收收機和天天線是用用戶設備備的核心心部分。。它的主主要功能能是接收收GPS系統的衛衛星信號號并進行行處理、、量測和和數據輸輸。GPS用戶設備備核心部部分的主主要組成成如圖16所示。前置放大混頻濾波信號處理微處理器輸入輸出基準振蕩外部控制顯示組件外部系統天線圖16GPS用戶戶設備的的核心部部分2.5..7GPS用戶設設備天線——一般用微微帶天線線，它帶帶前置放放大，采采用低噪噪聲放大大器；射頻部分分——包括混頻頻和濾波波，使其其成為中中頻輸出出；信號處理理——用于信號號識別和和跟蹤處處理，在在此測定定偽距和和時間，，并進行行解擴提提取導航航電文；；微處理器器——用于接收收機的控控制、數數據采集集和各種種計算，，包括選選星計算算、定位位計算和和監測計計算；輸入輸出出——包括數據據存貯和和輸入輸輸出端口口功能，，供外部部控制顯顯示組件件和外部部系統使使用；基準振蕩蕩器——用以產生生標準頻頻率，供供用戶接接收機時時鐘混頻頻，以及及產生偽偽碼等用用。2.5..7GPS用戶設設備2用戶接收收機的類類型GPS接收機可可有多種種不同的的分類，，現將其其主要分分類加以以介紹。。一、根據據接收機機的工作作原理分分類——碼相相關型接接收機；；——相位位型接收收機；——混合合型接收收機。2.5..7GPS用戶設設備碼相關型型接收機機：能夠產生生與所測測衛星的的測距碼碼結構完完全相同同的復制制碼。工工作中通通過逐步步相移，，使接收收碼與復復制碼達達到最大大相關，，以測定定衛星信信號到達達用戶接接收機天天線的傳傳播時間間。碼相相關型接接收機可可利用C/A碼也可以以利用P碼，其工工作的基基本條件件是必須須掌握測測距碼的的結構。。所以這這種接收收機也稱稱為有碼碼接收機機。載波相位位型接收收機：是是利用載載波信號號的平方方技術去去掉調制制碼，從從而獲得得載波相相位測量量所必需需的載波波信號。。這種接接收機只只利用衛衛星的信信號無需需解碼，，因而不不必掌握握測距碼碼的結構構，所以以也稱為為無碼接接收機。。所謂混合合型接收收機，是是綜合利利用了相相關技術術和相位位技術的的優點，，它可以以同時獲獲得碼偽偽距和精精密的相相位觀測測量。2.5..7GPS用戶設設備二、根據據接收信信號通道道的類型型分類——平行通道道接收機機；——序貫通道道接收機機；_____多路復用用通道接接收機。。在導航和和定位工工作中，，GPS接收機需需要跟蹤蹤多顆衛衛星。而而對于來來自不同同衛星的的信號，，接收機機必須首首先將它它們分離離開來，，以便進進行處理理，量測測獲得不不同衛星星信號的的觀測量量。GPS接收機的的通道，，其主要要作用是是將接收收到的不不同衛星星信號加加以分離離，以實實現對各各衛星信信號的跟跟蹤、處處理和量量測。2.5..7GPS用戶設設備平行通道道接收機機，即具具有多個個衛星信信號通道道，而每每個通道道只連續續跟蹤一一個衛星星信號的的接收機機。這種種接收機機也稱連連續跟蹤蹤型接收收機。序貫通道道接收機機，通常常只具有有1～2個通道。。這時為為了跟蹤蹤多個衛衛星信號號，它在在相應軟軟件的控控制下，，按時序序依次對對所有觀觀測衛星星的信號號進行量量測，也也稱時序序式接收收機。由由于對所所測衛星星依次量量測一個個循環所所需時間間較長（（>20ms），所以其對對衛星信信號的跟跟蹤是不不連續的的。多路復用用通道接接收機，，與序貫貫通道接接收機相相似，一一般也只只具有1～2個通道。。，在相相應軟件件的控制制下，按按時序對對所有觀觀測衛星星所信號號進行量量測，其其與序貫貫通道接接收機的的區別，，主要是是對所測測衛星信信號量測測一個循循環的時時間較短短（≤20ms），可以保持持對衛星星信號的的連續跟跟蹤，所所以也可可以稱為為快速序序貫通道道接收機機。2.5..7GPS用戶設設備三、根據據接收的的衛星信信號的載載頻和碼碼制分類類單頻接收收機（L1），CA碼，供民民用；雙頻接收收機（L1+L2），CA碼加L2無碼接收收，供民民用；雙頻接收收機（L1+L2），P碼，供軍軍用。單頻接收收機只能能接收經經調制L1信號，而而且只能能利用CA碼。但由由于修正正模型尚尚不完善善，精度度較差。。所以單單頻接收收機主要要用于民民間。雙頻接收收機，可可以同時時接收L1和L2信號，和和利用P碼，而且且利用雙雙頻技術術可以消消除或減減弱電離離層折射射對觀測測量的影影響，導導航和定定位的精精度較高高，一般般用于軍軍用。今今后L2信號加發發CA碼后，或或者加發發L5民用頻率率后，也也可用雙雙頻民用用接收機機。2.5..7GPS用戶設設備四、根據據接收機機的用途途分類——導航型；；——大地型；；——授時型。。導航型接接收機，，主要用用于確定定船舶、、車輛、、飛機和和導彈等等運載體體的實時時位置和和速度，，以保障障這些載載體按預預定的路路線航行行。大地型接接收機，，主要是是指適于于進行精精密大地地測量工工作的接接收機。。這類接接收機，，一般均均采用載載波相位位觀測量量進行相相對定位位，精度度很高，，也稱測測量型接接收機。。授時型接接收機，，主要用用于天文文臺或地地面監控控站進行行時頻同同步測定定。利用用GPS衛星提供供的高精精度時間間標準進進行授時時。2.5..7GPS用戶設設備3.接收機通通道概念念接收機信信號通道道，可以以理解為為GPS衛星發射射的信號號，經由由天線進進入接收收機的““路徑””，它的的主要作作用是跟跟蹤、處處理和量量測衛星星信號，，以獲得得導航和和定位所所需要的的數據和和信息。。前已指出出，當GPS接收機的的全向天天線，接接收到所所有來自自天線水水平面以以上的衛衛星信號號之后，，必須首首先把這這些信號號分離開開來，以以便進行行處理和和量測。。這種對對不同衛衛星信號號的分離離，就是是通過接接收機內內若干分分離信號號的通道道來實現現的。2.5..7GPS用戶設設備通道是由由硬件和和相應的的控制軟軟件組成成的。每每個通道道在某一一時刻只只能跟蹤蹤一顆衛衛星的一一種頻率率信號。。當接收收機需同同時跟蹤蹤多個衛衛星信號號時，原原則上可可能采用用兩種跟跟蹤方式式：其一是接接收具有有多個分分離的硬硬件通道道，每個個通道都都可連續續地跟蹤蹤一個衛衛星信號號；其二是一一個信號號通道在在相應軟軟件的控控制下用用時分制制跟蹤多多個衛星星信號。。所以通道道的類型型，如果果根據跟跟蹤衛星星信號的的不同方方式，則則可分為為下列三三種（參參見圖10-3-2）。——序貫通道道（Sequencingchannel）；——多路復用用通道（（Multiplexingchannel）；——并行通道道（Multi-channelinparallel）2.5..7GPS用戶設設備根據通道道的工作作原理，，即對信信號處理理和測量量方法上上的不同同，可分分為三種種不同技技術：碼相關技技術：從從接收到到的載波波中提取取偽隨機機噪聲（（PRN）碼的CA碼序列后后，和接接收機自自己生成成的碼序序列（或或稱復制制碼）對對照，對對復制碼碼用前移移或后推推的方法法使復制制碼和接接收碼對對齊，使使信號得得到捕獲獲和識別別，在此此基礎上上可以通通過測定定復制碼碼和接收收碼之間間的時間間差，即即衛星到到用戶之之間的傳傳播時間間，而獲獲得偽距距數據。。用碼相相關技術術測距方方法又稱稱碼偽距距法。2.5..7GPS用戶設設備載波相位位技術：：將接收到到的載波波信號自自乘，去去掉載波波上的調調制碼，，用以作作載波相相位測量量。利用用此法所所測定的的相位。。載波相相位技術術只能用用于靜態態測量，，因為CA碼L1的頻率為為1575.42MHz其波長約約19cm，如果GPS定位更新新率每秒秒一次的的話，每每秒為數數厘米速速度的動動態用戶戶，就無無法采用用載波相相位技術術。碼相位技技術：將將接收到到的載波波信號與與該信號號延遲半半個碼元元寬度（（487ns）的信號相相乘，經經過帶通通濾波后后獲得一一個其頻頻率與C/A碼頻率相相同的1.023MHz正弦波信信號。然然后利用用時間間間隔計數數器來測測量碼相相位。碼碼相位技技術只能能用于低低動態測測量，因因為CA碼的頻率率為1.023MHz，對應波長長為293m，高動態用用戶無法法利用。。2.5..7GPS用戶設設備載波相位位技術和和碼相位位暗處都都不需了了解測距距碼的結結構，都都無法獲獲得衛星星的導航航電文和和時間信信息，雖雖然它們們的測量量精度較較高，但但只能用用于靜態態定位，，很少用用于動態態導航。。航空用用導航型型GPS接收機都都采用碼碼相關技技術，但但有時也也可以附附加碼相相位技術術支助，，以便提提高精度度。所以以碼相關關技術使使用最為為普遍。。2.5..7GPS用戶設設備2.5..8差差分GPS系統統一、差分分GPS技術原理理在飛機進進近著陸陸時，飛飛機的定定位精度度應更高高，應該該不低于于米級要要求，為為此可以以采用差差分GPS技術。差分GPS的技術原原理為：：在已知知精密座座標位置置的點上上，設置置GPS監測設備備（GPS基準臺）），用精精度很高高的靜態態定位用用的雙頻頻GPS接收機，，天線位位置上排排除多徑徑干擾的的影響，，連續實實時地接接收GPS信號，求求出誤差差，按規規定時間間間隔確確定修正正量值向向用戶播播發。用用戶利用用收到的的信息，，使機載載接收機機解算中中加以修修正，因因此能夠夠輸出更更為正確確的位置置數據。。利用差分分GPS（或稱DGPS）可以消除除或減小小例如星星鐘誤差、星星歷誤差差、信號號傳播延延遲誤差差等公共共誤差，，因而提提高了定定位精度度。但用用戶接收收機自身身的噪聲聲誤差，，多徑干干擾誤差差只與自自身設備備有關，，差分GPS技術也不不能消除除。差分GPS應用中的的精度和和用戶相相對差分分基準臺臺的距離離有關，，離基準準臺越近近，則由由于其公公共誤差差相同而而精度高高，離臺臺較遠時時，由于于大氣傳傳播誤差差上產生生差異，，使精度度降低。。因而，，差分技技術的應應用受到到用戶與與基準臺臺之間距距離的限限制。所所以差分分GPS技術一般般適用于于機場附附近的進進近著陸陸，并不不適用于于航路飛飛行。2.5..8差差分GPS系統統二、差分分GPS的類型基于相同同的工作作原理不不同的修修正方式式，差分GPS分為以下下類型位置差分分：基準臺臺測出位位置的三三維數據據（經度度、緯度度、高度度）和基基準臺天天線的中中心標定定精密位位置的三三維數據據相比較較，得到到經度差差、緯度度差和高高度差三三個數據據后，向向空中廣廣播，飛飛機上收收到后按按此數據據修正飛飛機位置置即可。。此法優點點為用戶戶只需在在自己測測得位置置數據上上修正，，不必在在通道接接收機內內部修正正，但如如果用戶戶接收機機選用于于定位的的四顆衛衛星和基基準臺所所選用的的四顆衛衛星不同同，則顯顯然誤差差各不同同而導致致不正確確。當飛飛機離基基準臺較較遠一些些時，由由于幾何何位置不不同，選選用衛星星組合會會不同，，所以此法只能能適用于于離基準準臺較近近的情況況。2.5..8差差分GPS系統統偽距差分分：基準臺臺測出在在其可視視見范圍圍內所有衛星的偽偽距數據據和該點點到衛星星之間理理論算出出的偽距距比較求求出偽距距誤差，，將所有有衛星的的偽距誤誤差，稱稱為用戶戶差分距距離誤差差（UDRE）向用戶廣廣播，飛飛機上的的接收機機收到后后，先對對定位計計算中所所用衛星星的偽距距進行修修正后，，再送去去求定位位解，這這樣可以以使求出出的定位位解數據據更為精精確。此法必須須在用戶戶接收機機內部修修正，但但不管接接收機定定位時選選用任何何衛星組組合均可可。這是是目前廣廣泛采用用的方法法，不論論海上或或航空的的差分應應用都用用此法，，其精度度仍然與與用戶離離基準臺臺的距離離有關。。2.5..8差差分GPS系統統載波相位位差分：基準臺臺和用戶戶接收機機同時采采用載波波相位測測量法分分別測定定對共視視衛星的的載波相相位距離離，基準準臺將各各衛星的的載波相相位修正正值發送送給用戶戶，以便便用戶改改正其載載波相位位距離，，然后求求出精確確的定位位解。這這種技術術用于測測地定位位，又稱稱實時動動態測量量（RTK）技術。2.5..8差差分GPS系統統2.5..9全全球導導航衛星星系統GNSS一、概況況GPS是