GPS系统的构成
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gps系统主要有三个部分组成：空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。 一、空间星座部分（Space Segment） （一）卫星星座（GPS Constellation）及其几何分布 GPS系统的星座部分主要由24颗（21＋3）卫星构成，其中21颗为工作卫星，另外3颗为备用卫星。这24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，每个轨道面包含4颗卫星。轨道面相对赤道面倾角为55度，轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30度。卫星轨道为椭圆形，平均高度约20200km，运行周期大约11小时58分。 （二）GPS卫星的种类 1978年发射第一颗GPS试验卫星截至到2009年10月，可以正常工作的GPS卫星有31颗。最近的一颗GPSⅡR-21（M）是2009年8月17日（北京时间）在美国佛罗里达州卡那维拉尔角比德森空军基地发射。 （三）GPS卫星的主要功能 GPS卫星的主要功能： ●接收并存储发自地面监控站的导航信息。 ●利用星载高精度原子钟提供精密时间标准。 ●通过卫星上的微处理机进行某些必要的数据处理。 ●向用户播发定位数据信息。 ●在地面监控站的指令下调整飞行姿态或启用备用卫星。 二、地面监控部分(Control Segment) GPS的地面监控部分主要由分布全球的6个地面站构成，其中包括卫星监测站、主控站、备用主控站和信息注入站。分别位于科罗拉多（Colorado）、盖茨堡（Gaithersburg）、夏威夷（Hawaii）、南大西洋的阿松森群岛（Ascencion）、印度洋的迭哥伽西亚（Diego Garcia）和南太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein）。 （一）监测站（Monitor Station） 所有地面站都有监测站的功能，它们是主控站控制下的数据自动采集中心。其主要作用就是对GPS卫星数据和当地的环境数据进行采集、存储并传送给主控站。站内配备有GPS双频接收机、高精度原子钟、计算机和若干环境参数传感器。接收机用来采集GPS卫星数据、监测卫星工作状况。原子钟提供时间标准。环境参数传感器则收集当地有关的气象数据。所有数据经计算机初步处理后存储并传送给主控站，再由主控站做进一步的数据处理。 （二）主控站（Master Control Station） 主控站是整个GPS系统的“中枢神经”。其主要作用包括： ●根据本站和其他监测站的所有观测数据，推算各卫星的星历、卫星钟差、大气改正等参数，并把这些数据传送到注入站。 ●提供全球定位系统的时间基准。校准各监测站和GPS卫星的原子钟，所得误差编入导航电文再送到注入站。 ●甄别偏离轨道的GPS卫星，发出指令使其沿预定轨道运行。 ●判断卫星工作状态，启用备用卫星代替失效的卫星。 （三）备用主控站（Backup Master Control Station） 备用主控站位于美国马里兰州的盖茨堡（Gaithersburg Maryland）。它的作用和主控站完全一样，当某些特殊情况发生时启用。 （四）注入站（Ground Antenna） 注入站目前有四个，位于科罗拉多、阿松森群岛等地。注入站的主要设备包括一个大型天线、一台C波段发射机和计算机。它的主要作用就是将主控站推算的卫星星历、导航电文、钟差和其它控制指令，以一定的格式注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的准确性。 三、用户设备部分（User Segment） 作为被动式的定位技术，GPS用户必须通过专用信号接收设备才能达到定位目的。 用户设备部分的主要设备是GPS接收机，它是一种特制的无线电接收机。其主要作用是接收导航卫星发出的信号，对卫星信号进行处理后依据所得数据确定接收机所在的地理位置。 GPS接收机的硬件结构基本一致。分为天线单元和接收单元两部分。 天线单元由接收天线和前置放大器组成，其主要作用是接收卫星信号。接收单元包括有：信号通道、存储、计算与显示控制及电源等部件。其主要功能是接收来自天线的信号，经过变频、放大、滤波等一系列处理，实现对GPS信号的跟踪、锁定、解调，分离出导航信息。根据收到的卫星星历、伪距观测数据以及载波观测量，计算出三维坐标和时间。接收单元的显示控制等部件可以完成人机对话、输入各种指令、控制屏幕显示等操作。 |
