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GPS組成部分

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本文内容:

全球定位系統由以下三個部分組成:空間部分(GPS衛星)、地面監控部分和用戶部分。GPS衛星可連續向用戶播發用於進行導航定位的測距信號和導航電文,並接收來自地面監控系統的各種信息和命令以維持系統的正常運轉。地面監控系統的主要功能是:跟蹤GPS衛星,對其進行距離測量,確定衛星的運行軌道及衛星鐘改正數,進行預報後,再按規定格式編製成導航電文,並通過注入站送往衛星。地面監控系統還能通過注入站向衛星發佈各種指令,調整衛星的軌道及時鐘讀數,修復故障或啓用備用件等。用戶則用GPS接收機來測定從接收機至GPS衛星的距離,並根據衛星星曆所給出的觀測瞬間衛星在空間的位置等信息求出自己的三維位置、三維運動速度和鐘差等參數。目前,美國正致力於進一步改善整個系統的功能,如通過衛星間的相互跟蹤來確定衛星軌道,以減少對地面監控系統的依賴程度,增強系統的自主性。空間部分GPS衛星GPS衛星的主體呈圓柱形,兩側有太陽能帆板,能自動對日定向。太陽能電池爲衛星提供工作用電。每顆衛星都配備有多臺原子鐘,可爲衛星提供高精度的時間標準。衛星上帶有燃料和噴管,可在地面控制系統的控制下調整自己的運行軌道。GPS衛星的基本功能是:接收並存儲來自地面控制系統的導航電文;在原子鐘的控制下自動生成測距碼和載波;並將測距碼和導航電文調製在載波上播發給用戶;按照地面控制系統的命令調整軌道,調整衛星鐘,修復故障或啓用備用件以維護整個系統的正常工作。不同型號的衛星的外形也各不相同。GPS衛星可分爲試驗衛星和工作衛星兩類。各種類型的基本特徵如下:(1)試驗衛星試驗衛星也稱原型衛星。衛星重774kg(包括310kg的燃料),設計壽命爲5年。爲滿足方案論證和整個系統試驗、改進的需要,美國1978-1985年間從加利福尼亞州的范登堡空軍基地用Atlas火箭先後發射了11顆試驗衛星。其中第7顆衛星發射失敗,未進入預定軌道。1995年底,最後一顆試驗衛星停止工作。(2)工作衛星BlockⅡ衛星重約1.5t,設計壽命爲7.5年。每顆衛星耗資4800萬美元。1989年2月至1990年10月間,從佛羅里達州的肯納維拉爾空間基地用DeltaⅡ火箭發射了9顆BlockⅡ衛星。與試驗衛星相比,BlockⅡ衛星作了許多改進,衛星可存儲14天的導航電文,並具有實施SA和AS的能力。BlockⅡA衛星(A:Advanced)重約17t,衛星設計壽命爲7.5年,衛星具備互相通信的能力。衛星存儲導航電文的能力增加至180天。SVN35和SVN36衛星上配備了激光反射棱鏡,可以通過激光測距來分析衛星鐘和衛星星曆的誤差,檢驗GPS測距的精度。反射棱鏡的大小爲24cm×20cm。控制部分地面監控部分是由分佈在世界各地的五個地面站組成,按功能可分爲監測站、主控站和注入站三種。監測站內設有雙頻GPS接收機、高精度原子鐘、氣象參數測試儀和計算機等設備,主要任務是完成對GPS衛星信號的連續觀測,並將蒐集的數據和當地氣象觀測資料經過處理後傳送到主控站。主控站除了協調管理地面監控系統外,還負責將監測站的觀測資料聯合處理,推算衛星的星曆、衛星鐘差和大氣修正參數,並將這些數據編製成導航電文送到注入站;另外,它還可以調整偏離軌道的衛星,使之沿預定軌道運行,調度備用衛星,以替代失效的衛星開展工作。注入站的主要任務是將主控站編制的導航電文、計算出的衛星星曆和衛星鐘差的改正數等,通過直徑爲3.6m的天線注入相應的衛星。用戶部分用戶設備主要由GPS接收機、硬件和數據處理軟件、微處理機及終端設備組成;GPS接收機由主機、天線和電源組成。其主要任務是捕獲、跟蹤並鎖定衛星信號;對接收的衛星信號進行處理,測量出GPS信號從衛星到接收機天線間傳播的時間;譯出GPS衛星發射的導航電文,實時計算接收機天線的三維位置、速度和時間。


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2025-Jun-26 11:35am (UTC +8)
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