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GPS信號
GPS 信號
衛星導航電文
GPS坐標系
• GPS系統基本參考基準
– 坐標系、時基
– 地心慣性坐標系：與地球自轉無關
– 地球坐標系：與地球固聯、隨地球自轉
變化
– 世界測地系:WGS-84
地球坐標系
• 地球直角坐標系：原點與地球質心重合，z軸
指向地球北極，x軸指向地球赤道面與格林威
治子午圈的交點E，y軸在赤道平面里與xoz
構成右手系統坐標系
• 地球大地坐標系：地球橢球中心與地球質心
重合，P點的大地緯度為該點的橢球法線與橢
球赤道面的夾角，經度為該點所在的橢球子
午面與格林威治子午面之間的夾角 ，P點高
度h為沿橢球法線至橢球面的距離。
時間
• 世界協調時
• GPS時
偽碼測距原理
上一行是接收到的衛星偽碼信號，下一行是按收機產生的偽碼信號。它的格
式與衛星的偽碼相同，由接收到的衛星偽碼信號相對于接收機產生的偽碼信
號的延遲量，就可得衛星與用戶接收機之間的距離。這種未經修正的距離稱
為偽距。
No PRN correlation
Partial correlation
Full correlation
Correlation animation
衛星定位算法
測距方程
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測距方程(一）
偽距測量值是用測得的衛星發射的信號和用戶接收機收到
信號的時間差與電波速度來描述的。
——偽距；
——真實距離；
c ——電磁波傳播速度；
——衛星鐘差；
——用戶鐘差；
——傳播延遲和其它誤差。
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定位誤差
主要來自衛星部分，傳播途徑和用戶設備等造成的誤差
– 星歷和星鐘的誤差
由星歷所給的衛星位置與衛星的實際位置之差為星歷誤差，星
鐘誤差主要取決于星上鐘的質量
– 大氣層傳播延遲（包括電離層傳播延遲和對流層傳播延遲）
– 多路徑效應（用戶設備接收到衛星信號不僅有直達信號，還有
經反射到達的信號）
– 接收機噪聲和量化誤差（用戶接收機的硬件和軟件處理信號所
引起的噪聲）
– 接收機通道間偏差（多通道接收機進行測量時，由于各通道硬
件路徑不同，會產生通道間偏差）
– 用戶和衛星幾何布局
– SA
用戶接收機的類型
– 碼相關通道
– 平方通道
這是無碼接收機采用的一種跟蹤通道。輸入的GPS信號，
先下變頻為中頻信號，再把中頻信號平方，獲得載波（拍
頻載波）。拍頻載波頻率為原來的二倍，碼和電文都丟
失。但拍頻載波的相位和原載波的相位是有一定關系的。
平方通道接收機不需要掌握偽碼結構，就能同時利用L1、
L2信號。但它需要從外部得到衛星的概略星歷，才能進行
工作。
– 碼相位通道
這是用來生產無碼接收機的另一種型式的跟蹤通道。碼相
位通道接收機不需了解偽碼的結構，只要知道碼元速率即
可。
GPS接收機通道
• 平行通道接收機；
• 序貫通道接收機；
• 多路復用通道接收
機。
GPS 接收機框圖
50 bps 導航電文的解調
GPS功能說明
機載GPS工作方式（一）
• 初始方式
通電后先進入初始方式，同時進行自測試，其信號處理部
分接受從IRS輸入的初始位置（緯度、經度和高度）數據，
此時無導航或測量輸出，30秒鐘后GPSSU進入捕獲方式。
• 捕獲方式
GPSSU尋找并跟蹤鎖定衛星信號，在開始計算GPS數據以前
至少捕獲四顆衛星的信號。從初始方式輸入的時間位置和
高度數據可以算出當前應能見到那些衛星。沒有時鐘和慣
性位置輔助，捕獲時間約需10分鐘，直至捕獲并跟蹤到四
顆以上衛星。正常捕獲方式約5～6分鐘。
• 導航方式
在跟蹤鎖定了至少4顆衛星以后，進入導航方式，GPSSU測定
并算出位置、速度、加速度和時間，可以供輸出。當跟蹤
鎖定不足4顆衛星，則GPSSU進入高度支助方式。
機載GPS工作方式（二）
• 高度支助方式
利用IRS的慣性高度加上地球半徑參與計算，這樣只要能跟
蹤著3顆衛星，就能算出飛機位置和其他數據，當重新
跟蹤4顆衛星后，立即恢復導航方式。
• 懸掛方式
當跟蹤著的衛星少于3顆，GPSSU進入推測方式，這時從
IRU送來高度、航跡角、地速數據進行計算，此方式只
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導航系統(23)
