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GPS信号
GPS 信号
卫星导航电文
GPS坐标系
• GPS系统基本参考基准
– 坐标系、时基
– 地心惯性坐标系：与地球自转无关
– 地球坐标系：与地球固联、随地球自转
变化
– 世界测地系:WGS-84
地球坐标系
• 地球直角坐标系：原点与地球质心重合，z轴
指向地球北极，x轴指向地球赤道面与格林威
治子午圈的交点E，y轴在赤道平面里与xoz
构成右手系统坐标系
• 地球大地坐标系：地球椭球中心与地球质心
重合，P点的大地纬度为该点的椭球法线与椭
球赤道面的夹角，经度为该点所在的椭球子
午面与格林威治子午面之间的夹角 ，P点高
度h为沿椭球法线至椭球面的距离。
时间
• 世界协调时
• GPS时
伪码测距原理
上一行是接收到的卫星伪码信号，下一行是按收机产生的伪码信号。它的格
式与卫星的伪码相同，由接收到的卫星伪码信号相对于接收机产生的伪码信
号的延迟量，就可得卫星与用户接收机之间的距离。这种未经修正的距离称
为伪距。
No PRN correlation
Partial correlation
Full correlation
Correlation animation
卫星定位算法
测距方程
i i Ai u si R R ct c t t
R R T V p
测距方程(一）
伪距测量值是用测得的卫星发射的信号和用户接收机收到
信号的时间差与电波速度来描述的。
——伪距；
——真实距离；
c ——电磁波传播速度；
——卫星钟差；
——用户钟差；
——传播延迟和其它误差。
i i Ai u si R R ct c t t
i R
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si t
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Ai t
定位误差
主要来自卫星部分，传播途径和用户设备等造成的误差
– 星历和星钟的误差
由星历所给的卫星位置与卫星的实际位置之差为星历误差，星
钟误差主要取决于星上钟的质量
– 大气层传播延迟（包括电离层传播延迟和对流层传播延迟）
– 多路径效应（用户设备接收到卫星信号不仅有直达信号，还有
经反射到达的信号）
– 接收机噪声和量化误差（用户接收机的硬件和软件处理信号所
引起的噪声）
– 接收机通道间偏差（多通道接收机进行测量时，由于各通道硬
件路径不同，会产生通道间偏差）
– 用户和卫星几何布局
– SA
用户接收机的类型
– 码相关通道
– 平方通道
这是无码接收机采用的一种跟踪通道。输入的GPS信号，
先下变频为中频信号，再把中频信号平方，获得载波（拍
频载波）。拍频载波频率为原来的二倍，码和电文都丢
失。但拍频载波的相位和原载波的相位是有一定关系的。
平方通道接收机不需要掌握伪码结构，就能同时利用L1、
L2信号。但它需要从外部得到卫星的概略星历，才能进行
工作。
– 码相位通道
这是用来生产无码接收机的另一种型式的跟踪通道。码相
位通道接收机不需了解伪码的结构，只要知道码元速率即
可。
GPS接收机通道
• 平行通道接收机；
• 序贯通道接收机；
• 多路复用通道接收
机。
GPS 接收机框图
50 bps 导航电文的解调
GPS功能说明
机载GPS工作方式（一）
• 初始方式
通电后先进入初始方式，同时进行自测试，其信号处理部
分接受从IRS输入的初始位置（纬度、经度和高度）数据，
此时无导航或测量输出，30秒钟后GPSSU进入捕获方式。
• 捕获方式
GPSSU寻找并跟踪锁定卫星信号，在开始计算GPS数据以前
至少捕获四颗卫星的信号。从初始方式输入的时间位置和
高度数据可以算出当前应能见到那些卫星。没有时钟和惯
性位置辅助，捕获时间约需10分钟，直至捕获并跟踪到四
颗以上卫星。正常捕获方式约5～6分钟。
• 导航方式
在跟踪锁定了至少4颗卫星以后，进入导航方式，GPSSU测定
并算出位置、速度、加速度和时间，可以供输出。当跟踪
锁定不足4颗卫星，则GPSSU进入高度支助方式。
机载GPS工作方式（二）
• 高度支助方式
利用IRS的惯性高度加上地球半径参与计算，这样只要能跟
踪着3颗卫星，就能算出飞机位置和其他数据，当重新
跟踪4颗卫星后，立即恢复导航方式。
• 悬挂方式
当跟踪着的卫星少于3颗，GPSSU进入推测方式，这时从
IRU送来高度、航迹角、地速数据进行计算，此方式只
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导航系统(23)
