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    Z=【D9（1一廠）2+H]sin≯
    321
A, = arctan y/x
≯ = arctana22  b2‘        -
H =√            Y-Yo)+(z-zo)
(11.2)
    (2)衛星運行的軌道參數
    衛星在以地心為焦點的橢圓軌道上運行時，可用其基本軌道參量來描述衛星在宇宙空間
的位置，如圖11.7所示。這些基本軌道參數是描述衛星軌道平面在空間位置的參數，升交點
赤經Q和軌道面傾角f；描述軌道橢圓的形狀和大小的參數，長半軸口和橢圓軌道的離心率；
描述軌道平面在軌道平面上的定向參數，近地點角國；描述衛星在軌道平面上的瞬時位置的
參數，衛星真近點角fo。
    沿著橢圓軌道上有四個重要的點，它們是升交點、近地點、參考位置（衛星在參考時刻
to的位置）、衛星位置。GPS衛星以廣播方式向用戶廣播軌道參數，用戶收到衛星的軌道參數
后計算衛星的位置。
┏━━━┓
┃Z     ┃
┃恭    ┃
┣━━━┫
┃歲弋y ┃
┗━━━┛
圖11.6宇宙直角坐標和地理坐標
Z
圖11.7衛星軌道參數
    (3) GPS的基本工作原理
    GPS是無源測距系統，在無源測距系統中，用戶通過比較接收到的衛星發射信號及本地
參考信號，測量傳播延時f，f正比于衛星和用戶間的距離D (D=Cr)。
  GPS通過一顆衛星只能測得一個距離參量，所以測得三個距離參量至少要有三顆衛星才
能確定飛機的三維位置。當系統以無源方武工作，用戶又未裝備高穩度時鐘時，用戶從一顆
衛星測得的偽距可表示為
    d?= [(x - Xs:)2 +(y—ysf)2 +(Z一2sf)2 ]1/2 +C.  At,    (11.3)
式中，f表示第f顆衛星；x、y、z表示飛機的宇宙直角坐標；xsi、Ys,、毛f表示第f顆衛星的宇
宙直角坐標。
  若所有衛星鐘都采用高精度時鐘，并且各衛星鐘相互同步，則Atf=At，表達式可寫成
    d?=，@，y，z，△t)    (11.4)
  此方程有四個未知量x、yz、△f，求解此四個未知量，必須建立四個獨立的方程，這
  322
意味著用無源測距定位方法確定飛機的三維位置和一維時鐘，在空間至少需接收到四顆衛星
的信號，從四顆衛星測量四個偽距，如圖11.8所示。從幾何上講，由四個偽距形式的四個位
置面相交的交點，就是飛機在四維空間的位置點。這樣，采用無源測距定位時，用戶只需采
用一般的石英鐘即可。
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圖11.8  GPS的定位方法
    GPS采用四星無源測距定位的實施步驟。以衛星作為時空基準點；測量出定位參數時間，
建立位置面或導航定位方程；求解用戶位置。
    (4)導航衛星的星歷
    衛星導航系統中，飛機通過測量對衛星的相對位置，進而確定自己在宇宙空間或在地球
上的位置。導航衛星是系統設置在空間的導航臺，為了實現高精度導航定位，必須準確知道
任一時刻衛星在空間的位置(x，J，，z)。不同時刻的一組時空數據(ti，Xi，M，Zi，1-1，2，
3…)稱為衛星星歷。
    (5) GPS信號特征
    GPS信號由兩個頻率分量厶和￡2組成。厶為1575.42 MHz，三2為1227.60 MHz。信號
厶是由兩種信號調制，一種是用時鐘速率為10.23 MHz，長度為7d的偽隨機二進制碼調制，
稱為P碼；另一種是用時鐘逮率為1.023 MHz，長度僅為1毫秒的偽隨機二進制碼調制，稱
為C/A碼。信號三2僅用P碼（或C/A碼）調制。
    GPS信號的主要特征。進行精確的偽距測量，無多值性；進行精確的多普勒頻移測量，
以便提取速度信息；提供雙頻測量，以測量出電離層延時量；提供足夠的數據信道來發射衛
星星歷、時鐘修正信息以及其他必要信息；提供兩種信號，一種是具有高精度的P碼，P碼
是衛星的精測碼，具有較強的抗干擾能力，該碼禁止提供給民用用戶；另一種是較簡單的C/A
碼，C/A碼是用于粗測和捕獲的偽隨機碼，是一種短碼，具有一定的抗干擾能力，每個GPS
衛星分配不同的C/A碼，其保密性較差，測距精度較低，但能在短時間內被接收機捕獲；具
有較強的抗干擾能力，能抗低功率窄帶干擾、中等功率人為干擾及多路徑干擾。
    (6) GPS的性能參數
    GPS的性能參數主要有四個。定位精度、完好性、可用性和連續服務性。單靠GPS星座
　
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