GPS卫星星座及其基本参数功能简介

GPS卫星星座由24颗GPS卫星组成,其中包含3颗备用卫星,均匀分布在6个轨道面上,每个轨道上有4颗卫星,如图5-2所示。

卫星同时在地平线以上的情况至少为4颗,最多可达11颗。这样的分布方案既可以保证在世界任何地方、任何时间,都可以进行实时三维定位。还可以获得它们的移动速度和移动方向等。GPS卫星星座基本参数见表5-1。

在全球定位系统中,GPS卫星的主要功能是接收、储存和处理地面监控系统发射的控制指令及其他有关信息等；向用户连续不断地发送导航与定位信息,并提供时间标准、卫星本身的空间实时位置及其他在轨卫星的概略位置。

表5-1　GPS卫星星座基本参数

GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波,包括载波、测距码和数据码,这些调制波它们都是在一个原子钟频率f0=10.23M Hz下产生的,如图5-3所示。

图5-3　卫星信号的产生原理

1.载波信号

GPS卫星发射两种频率的载波信号。(www.xing528.com)

载波L1:f1=f0×154=1575.42(M Hz),波长λ1=19.03cm。

载波L2:f2=f0×120=1227.60(M Hz),波长λ1=24.42cm。

在载波L1上调制有C/A码、P码(或Y码)和数据码,而在载波L2上只调制有P码和数据码。

2.测距码

GPS卫星采用两种测距码,即C/A码、P码(或Y码),它们都是伪随机噪声码(Pseudo Random Noise,PRN),简称伪随机码或伪码。伪随机码具有类似随机码的良好自相关特性,而且具有某种确定的编码规则,它是周期性的,方便复制。

(1)C/A码:C/A码是英文粗码/捕获码(Coarse/Acquisition code)的缩写。C/A码精度较低,但码结构是公开的,可供具有GPS接收设备的广大用户使用。

(2)P码:P码又称为精码,是结构不公开的保密码,专供美国军方以及得到特许的盟国军事用户使用。

3.数据码

数据码又称导航电文或D码,是用户用来导航定位的数据基础。主要包含有卫星星历、时钟改正数、电离层时延改正、大气折射改正和工作状态信息等。导航电文是由卫星信号调解出来的数据码,这些信息以50bit/s的速率调制在载频上,数据采用不归零制(NRZ)的二进制码。利用此数据信息可以计算某一时刻GPS卫星在轨道上的位置。

值得指出的是,GPS系统针对不同用户提供两种不同类型的服务:一种是标准定位服务(Standard Positioning Service,SPS)；另一种是精密定位服务(Precision Positioning Service,PPS)。SPS主要面向全世界的民用用户,PPS主要面向美国及其盟国的军事部门以及民用的特许用户。