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34—58—00—008 Rev 3 01/05/1998
737—600/700/800/900 训练手册
有效性
YE201 — 21 — 34—58—00
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GPS — 工作原理之— 1
GPS 的工作段
GPS 有三个工作段，它们是：
－ 卫星段
－ 用户段
－ 控制段
卫星段
卫星段是离地球高10900 海里轨道上的一群卫星。每个卫星每
12 小时绕地球为中心的轨道转一圈。共有21 个工作卫星和三个备用
卫星。
卫星连续发射带有导航数据、测距码、和精确时间的无线电信号。
用户段
用户段就是飞机上的GPS 接收组件，它接收卫星信号。GPS 利
用卫星数据计算飞机的位置。
控制段
控制段就是地面上的控制和监测站，它们连续地监测并跟踪各个
卫星。控制段完成如下工作：
－ 监测并修正卫星的轨道和卫星时钟
－ 算出并生成卫星导航电文。此电文具有说明卫星未来位
置的更新信息，并收集有所有GPS 卫星的最新数据。
－ 有规则地不断更新卫星导航电文。
控制段有一个主控站和5 个监测站，其中三个监测站也作数据的
上行装载站。
主控站位于美国科罗拉多州的勘探平士，它是GPS 的运行中心。
在主控站有一个原子钟，此钟是GPS 的基准。
监测站每天24 小时跟踪24 颗卫星，主控站远距离通过在线连接
控制着各个监测站，这些监测站的位置如下：
－ 阿申辛岛
－ 科罗拉多州的斯平士
－ 迪亚哥加西阿岛
－ 夏威夷
－ 卡哇加列岛
监测站和飞机上的接收机一样地接收着各个卫星的这些信息。监
测站完成如下工作：
－ 记录卫星时钟的精度
－ 向主控站采集并转发气象数据，例如气压、气温和露点。
主控站用以计算对流层信号延迟。
－ 对所有可见卫星连续测距，主控站利用此数据计算并预
测卫星轨道。
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GPS — 工作原理— 1
主控站借上行装载站向卫星发送以下数据：
－ 轨道修正指令，使该卫星利用其控制喷射筒修正其轨道。
－ 卫星的导航电文。
上行装载站位置分别在阿申辛岛、迪亚哥加西阿岛、卡哇加列岛。
GPS 精度
民间用户可以取用标准定位服务（SPS），SPS 的定位精度为在
95%概率上达到15~25 米。由于美国的安全问题，美国国防部故意对
民间用户降低定位精度，使其为100 米。
军事用户可以取用精密定位服务（PPS），PPS 的定位精度在95%
概率上为小于18 米。
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卫星段
用户段
控制段
GPS — 工作原理— 1
34—58—00—008 Rev 3 02/19/1997
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GPS — 工作原理— 2
距离
GPS 接收机采用测距原理，即测量从接收机到卫星之间的距离。
接收机内经常存贮着卫星在轨道上的位置。
接收机利用无线电信号测量从一颗卫星到达飞机的一段时间，由
于接收机已知卫星的位置，并且无线电信号是以光速传播的，所以就
能算出和卫星之间的距离。
接收机利用单程测距原理，接收机必须正确地知道在什么时候卫
星上送出无线电信号，接收机将收到的卫星信号和接收机中产生的和
卫星发送信号相同的信号比较，两个信号的相差（△t）就是卫星信
号到达接收机的时间。
每个卫星上有一个原子钟保持着精确的时间，所有卫星上的时间
其精确度相当。飞机上的接收机也有一个内部时钟，但不是原子钟，
并不很精确。因此，接收机的时间要像卫星同样的精确是不可能的。
假设接收机内部时钟的偏差为（△tBIAS），而△tBIAS 是未知数，
必须在接收机中算出。此△tBIAS 就是接收机时间和GPS 时间之间
的差值。
为了计算飞机位置（纬度、经度和高度）以及时间偏差△tBIAS，
接收机必须知道至少4 颗卫星的位置，接收机应同时测量对4 颗卫星
的距离，然后利用4 个距离方程解出4 个未知数，即解出：
－ 纬度
－ 经度
－ 高度
－ △tBIAS
GPS 时间
所有卫星上的时间都应和世界协调时（UTC）同步。卫星上将此
时间发送给接收机。卫星上的UTC 的精度约为100 纳秒。接收机按
ARINC 429 格式发送UTC 数据，接收机也非常精确地每秒钟发送出
一个时间标记。
34—58—00—009 Rev 2 02/11/1997
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GPS － 工作原理－ 2
测距
GPS 时间
距离2
距离4
距离1
距离3
时间差
GPS 时间
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GPS — 工作原理— 3
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34—58—00—010 Rev 4 02/20/1998
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