GPS组成部分

本文内容：

全球定位系统由以下三个部分组成：空间部分(GPS卫星)、地面监控部分和用户部分。GPS卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文，并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持系统的正常运转。地面监控系统的主要功能是：跟踪GPS卫星，对其进行距离测量，确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数，进行预报后，再按规定格式编制成导航电文，并通过注入站送往卫星。地面监控系统还能通过注入站向卫星发布各种指令，调整卫星的轨道及时钟读数，修复故障或启用备用件等。用户则用GPS接收机来测定从接收机至GPS卫星的距离，并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。目前，美国正致力于进一步改善整个系统的功能，如通过卫星间的相互跟踪来确定卫星轨道，以减少对地面监控系统的依赖程度，增强系统的自主性。
空间部分
GPS卫星
GPS卫星的主体呈圆柱形，两侧有太阳能帆板，能自动对日定向。太阳能电池为卫星提供工作用电。每颗卫星都配备有多台原子钟，可为卫星提供高精度的时间标准。卫星上带有燃料和喷管，可在地面控制系统的控制下调整自己的运行轨道。GPS卫星的基本功能是：接收并存储来自地面控制系统的导航电文；在原子钟的控制下自动生成测距码和载波；并将测距码和导航电文调制在载波上播发给用户；按照地面控制系统的命令调整轨道，调整卫星钟，修复故障或启用备用件以维护整个系统的正常工作。不同型号的卫星的外形也各不相同。
GPS卫星可分为试验卫星和工作卫星两类。各种类型的基本特征如下：
(1)试验卫星
试验卫星也称原型卫星。卫星重774kg(包括310kg的燃料)，设计寿命为5年。为满足方案论证和整个系统试验、改进的需要，美国1978-1985年间从加利福尼亚州的范登堡空军基地用 Atlas火箭先后发射了11颗试验卫星。其中第7颗卫星发射失败，未进入预定轨道。1995年底，最后一颗试验卫星停止工作。
(2)工作卫星
BlockⅡ卫星重约1.5t，设计寿命为7.5年。每颗卫星耗资4800万美元。1989年2月至1990年10月间，从佛罗里达州的肯纳维拉尔空间基地用 DeltaⅡ火箭发射了9颗 BlockⅡ卫星。与试验卫星相比，BlockⅡ卫星作了许多改进，卫星可存储14天的导航电文，并具有实施SA和AS的能力。BlockⅡA卫星(A：Advanced)重约17t，卫星设计寿命为7.5年，卫星具备互相通信的能力。卫星存储导航电文的能力增加至180天。SVN35和SVN36卫星上配备了激光反射棱镜，可以通过激光测距来分析卫星钟和卫星星历的误差，检验GPS测距的精度。反射棱镜的大小为24cm×20cm 。
控制部分
地面监控部分是由分布在世界各地的五个地面站组成，按功能可分为监测站、主控站和注入站三种。监测站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、气象参数测试仪和计算机等设备，主要任务是完成对GPS卫星信号的连续观测，并将搜集的数据和当地气象观测资料经过处理后传送到主控站。主控站除了协调管理地面监控系统外，还负责将监测站的观测资料联合处理，推算卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将这些数据编制成导航电文送到注入站；另外，它还可以调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行，调度备用卫星，以替代失效的卫星开展工作。注入站的主要任务是将主控站编制的导航电文、计算出的卫星星历和卫星钟差的改正数等，通过直径为3.6m的天线注入相应的卫星。
用户部分
用户设备主要由GPS接收机、硬件和数据处理软件、微处理机及终端设备组成；GPS接收机由主机、天线和电源组成。其主要任务是捕获、跟踪并锁定卫星信号；对接收的卫星信号进行处理，测量出GPS信号从卫星到接收机天线间传播的时间；译出GPS卫星发射的导航电文，实时计算接收机天线的三维位置、速度和时间。

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