卫星简介资料

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1.什么叫GPS

GPS是全球定位系统(Global Positioning System)的缩写形式,利用卫星,在全球范围内实时进行定位、导航的系统,称为全球定位系统。GPS主要由空间卫星,地面监控,用户信号接受设备组成

2.什么叫GNSS

(Global NavigaTIon Satellite System,简称GNSS),Global Navigation Satellite System 全球导航卫星系统或全球卫星导航系统。全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。主要包括:美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO和中国北斗卫星导航系统。

3.GPS的特点

高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。

①定位精度高:单点定位精度优于10m,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级

②观测时间短:随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,目前,20KM以内相对静态定位,仅需15-20分钟;快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟,然后可随时定位,每站观测只需几秒钟。

③测站间无需通视:GPS测量不要求测站之间相互通视,只需要上空开阔即可,选点工作比较灵活。

④可提供三维坐标:GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。

⑤操作简便

⑥全天候作业:可一天24小时进行工作,不受阴天黑夜,起雾刮风,下雨下雪等气候影响。

4.GNSS的特点

1.提供全天候、全球性的导航和定位服务。

2.可进行高精度、高速度的实时精密导航和定位。

3.用途广泛,操作简单。

5.全球定位系统及特点

名称

特点



美国GPS:Global Position System

中国北斗:

BeiDou Navigation Satellite System

俄国格洛纳斯GLONASS

欧盟的伽利略Galileo



组成结构

空间星座部分

地面监控系统

用户设备部分

1.空间星座部分

2.地面监控系统

3.用户设备部分

1.空间星座部分

2.地面监控系统

3.用户设备部分

1.空间星座部分

2.地面监控系统

3.用户设备部分



卫星星座

卫星颗数:24颗(21+3)/6轨道

轨道高度:20200km

轨道倾角:55°

卫星颗数:35颗(5颗静止轨道卫星+30颗非静止轨道卫星)

轨道高度:25100km

轨道倾角:55°

卫星颗数:24颗(21+3)

轨道高度:19100km

轨道倾角:64.8°

卫星颗数;30颗/3轨道

轨道高度:23616km

轨道倾角:56°



功能

定位、导航、授时

定位、导航、授时、通讯(特有的)

定位、导航、授时

定位、导航、授时、全球搜寻救援



特性

1.定位精度高

2、观测时间短

3、测站间无须通视

4、可提供三维坐标

5、操作简便

6、全天候作业

7、功能多、应用广

1.主动式

2.全天候

3.区域性

4.短信通讯(特有的)

5.低动态

1.GLONASS系统民用不带任何限制,不收费。

2.提供两种导航信号:标准精度导航信号和高精度导航信号

1.多频率、多服务、多用户

2.能够与GPS/GLONASS实现多系统内的相互兼容



应用领域

陆地应用、海洋应用、航空航天应用

陆地应用、海洋应用、航空航天应用

陆地应用、海洋应用、航空航天应用

陆地应用、海洋应用、航空航天应用





6.天球坐标系统的定义

在天球坐标系中,任一天体的位置可用天球空间直角坐标系和天球球面坐标系来描述。

天球空间直角坐标系:原点位于地球的质心,z轴指向天球的北极Pn,x轴指向春分点γ,y轴与x、z轴构成右手坐标系。

天球球面坐标系:原点位于地球的质心,赤经α为含天轴和春分点的天球子午面与经过天体s的天球子午面之间的交角,赤纬δ为原点至天体的连线与天球赤道面的夹角,向某某r为原点至天体的距离。

7.地球坐标系统的定义

由于天球坐标系与地球自转无关,导致地球上一固定点在天球坐标系中的坐标随地球自转而变化,应用不方便。

为了描述地面观测点的位置,有必要建立与地球体相固联的坐标系—地球坐标系(有时称地固坐标系)。

地球坐标系有两种表达方式,即空间直角坐标系和大地坐标系。地心空间直角坐标系:原点与地球质心重合,z轴指向地球北极,x轴指向格林尼治平子午面与赤道的交点E,y轴垂直于xoz平面构成右手坐标系。

地心大地坐标系:地球椭球的中心与地球质心重合,椭球短轴与地球自转轴重合,大地纬度B为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角,大地经度L为过地面点的椭球子午面与格林尼治平大地子午面之间的夹角,大地高H为地面点沿椭球法线至椭球面的距离。任一地面点在地球坐标系中可表示为(X,Y,Z)和(B,L,H),两者可进行互换。

8.时间系统的定义

/

9.无摄运动与受摄运动的定义及区别

卫星运动不仅受地心引力的作用,而且还受到非地心引力、日月引力、行星引力、太阳光压、地球潮汐、大气阻力等影响。除地心引力外的其它作用力称为摄动力。只考虑地心引力的卫星运动叫无摄运动,考虑其它作用力的卫星运动叫受摄运动。

10.受摄力有哪些

? 卫星运动的摄动力

? 地球体的非球性及其质量分布不均匀而引起的作用力,既地球的非中心引力

? 太阳的引力和月球的引力

? 太阳的直接与间接辐射压力

? 大气的阻力

? 地球潮汐的作用力

? 磁力等

? 地球引力场摄动力的影响

? 日月引力的影响

? 太阳光压的影响

11.卫星星历的定义

卫星星历:描述卫星运动轨道的信息,是一组对应某一时刻的轨道根数及其变率,根据卫星星历可以计算出任一时刻的卫星位置及其速度。

广播星历内容

? 通过卫星发射的含有轨道信息的导航电文,传递给用户 的,用户接收机接收到信号后

经过解码获得的卫星星历(广播星历)

? 相应参考历元的卫星开普勒轨道参数,也叫参考星历

? 利用跟踪站以往的观测资料推求的轨道参数为基础,并加入轨道摄动改正而外推的星历。

? 观测时通过导航电文实时地得到

精密星历内容

? 一些 国家的某些部门,根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料,应用与确定预报星历相似的方法,计算的卫星星历。

? 可以向用户提供,避免了预报星历外推的误差。

? 事后才提供,所以叫后处理星历或者预报星历。

? 有偿服务。

? 国际组织、国家、城市、仪器制造商等由自已的跟踪站观测数据推算,由网络、手机、电视、光盘、磁带等介质以免费或收费的方式向用户提供。一般不能实时定位。

? 利用精密星历及其它手段进行精密单点定位,精度可达0.1m。

12.GPS导航电文的定义及组成

(1)GPS卫星的导航电文(简称卫星电文又叫数据码(D码)):是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括:卫星星历、时钟改正、电离层时延码转换到捕获P码的信息。

它的基本单位是长1500bit的一个主帧(如图4-1所示),传输速率是50bit/s,30秒钟传送完毕一个主帧。一个主帧包括5个子帧,第1、2、3子帧每30秒钟重复一次,内容每小时更新一次。第4、5子帧的全部信息则需要750秒钟才能够传送完。即第4、5子帧是12.5分钟播完一次,然后再重复之,其内容仅在卫星注入新的导航数据后才得以更新。

(2)①遥测码(TLW,即Telemetry Word)

遥测码位于各子帧的开头,它用来表明卫星注入数据的状态,以次指示用户是否选用该颗卫星。

②转换码(HOW,即Hand Over Word)

转换码位于每个子帧的第二个字码,其作用是提供帮助用户从所捕获的C/A码转换到捕获P码的Z计数,它表示从每星期天零时到星期六24小时,P码子码X1的周期(1.5秒)重复数。

③ 第一数据块

第一数据块位于第1子帧的第3~10字码,它的主要内容包括:①标识码,时延差改正;②星期序号;③卫星健康状况;④数据龄期;⑤卫星时钟改正系数等。

④第二数据块

包含第2和第3子帧,其内容表示GPS卫星的星历,这些数据为用户提供了有关计算卫星运动位置的信息。描述卫星的运行及其轨道的参数包括下列三类。

1.开普勒六参数

2.轨道摄动九参数

3.时间二参数

(1)从星期日子夜零点开始度量的星历参考时刻toe;

(2)星历表的数据龄期AODE

⑤第三数据块

第三数据块包括第4和第5两个子帧,其内容包括了所有GPS卫星的历书数据。当接收机捕获到某颗GPS卫星后,根据第三数据块提供的其他卫星的概略星历、时钟改正、卫星工作状态等数据,用户可以选择工作正常和位置适当的卫星,并且较快地捕获到所选择的卫星。

13.伪随机噪声码

伪随机噪声码的产生方式很多。GPS技术采用m序列,即产生于最长线性反馈移位寄存器。

C/A码—粗测距码。P(y)码—精测距码。

伪随机噪声码



定义

伪随机噪声码又叫伪随机码或者伪噪声码,简称:PRN,是一个具有一定周期的取值0和1的离散符号串。它不仅具有高斯噪声所有的良好的自相关特性,而且具有某种确定的编码规则。







特性

伪随机码又称伪随机序列,它是具有类似于随机序列基本特性的确定序列。

m序列特点:

①均衡性:在一个周某某"0"和"1"出现的数目基本相等。

②游程分布:相同码元连在一起称为一个游程,长度为n的游程数占游程总数的1/2^n(对于所有有限的 n )

③移位相加性:一个M序列与其移位后另一M序列相加仍是M序列

④自相关性:m序列的自相关函数取值为1或-1/N.

⑤伪噪声性:M序列为伪随机码或人工复制噪声码





特点

结构可以预先确定,可重复产生和复制





分类

C/A码和P(Y)码





14GPS接收机的组成和类型

按接收机的用途分类

导航型接收机

主要用于运动载体的导航,它可以实时给出载体的位置和速度





测地型接收机

主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位,定位精度高





授时型接收机

主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时,常用于天文台及无线电通讯中时间同步





按接收机的载波频率分类

单频接收机

只能接收L1载波信号,测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响,单频接收机只适用于短基线(

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