无线定位系统原理与应用

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1、无线定位系统原理与应用主要内容GPS（GlobalPositioningSystem）GLONASS（GLObalNAvigationSatelliteSystem）Galileo北斗双星导航定位系统GSM移动定位系统2GPS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

2、。3GPS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4GPS定位原理图3GPS定位原理S1S2S3S4D1D2D3PD45GPS定位系统的组成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）。6GPS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7

3、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11h58m55GPS卫星星座组成8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GPS卫星9卫星配有4台频率相当稳定的原子钟（2台铯钟，2台铷钟），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。基本频率10.23MHzL1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzC/A码1.023

4、MHzP码10.23MHzP码10.23MHz数据码50BPS数据码50BPS15412010204600GPS卫星信号10GPS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。GPS卫星信号的测距码11C/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

5、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。12C/A码的生成13P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

6、码。根据美国国防部规定，P码是专为军用的。14GPS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。GPS卫星导航电文15GPS导航电文格式123451234567891030s6s0.02s0.6s子帧4、5各含25页一个子帧一个字码一个主帧一个页面16导航电文的结构TL

7、WHOW数据块—1时钟修正参数TLWHOW数据块—2星历表TLWHOW数据块—2星历表继续TLWHOW数据块—3卫星历书等TLWHOW数据块—3卫星历书等子帧1一个子帧6s长，10个字，每字30比特1帧30s1500比特子帧3子帧4子帧5子帧217导航电文内容1、遥测码（TLW—TelemetryWORD）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

8、于发现和纠正错误。18导航电文内容2、转换码（HOW—HandOverWord）紧接各子帧的遥测码，主要向用户提供用于捕获