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时间:2011-09-21 14:48来源:蓝天飞行翻译 作者:航空
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11.2.1.1全球定位系统GPS概述
    1)全球定位系统GPS的组成
    全球定位系统包括三部分,空间GPS卫星、地面控制站组、用户GPS接收机,如图11.2
所示。
    (1)空间GPS卫星
    GPS空间卫星部分由24颗分布在倾角为550的6个等间隔轨道上的卫星组成,此外还留
有在轨备用卫星l~4颗,如图11.3。GPS卫星分Block-I和Block-Ⅱ两类;新一代GPS卫
星为Block- IIR替补卫星,采用先进的星上氢原子钟,卫星分布可保证全球任何地区、任何
时刻都有不少于4颗卫星以供观测。卫星轨道离地高度为20 230 km。
  GPS卫星上除了控制卫星自身工作的遥测、跟踪、指令系统用于轨道调整与姿态稳定
的推进系统等组成外,其供电系统由两块太阳能翼板组成,但主要足提供导航信号的无线
电收发机、天线、原子钟和计算机。铯原子钟具有1×10 -14稳定度,各卫星的原子钟相互
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图11.2  GPS的组成
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图11.3  GPS卫星配置
同步,并与地面站组的原子钟同步,建立起GPS精密时系,称为GPS时,它是精密测距的
基础。导航发射机以双频1575.42 MHz和1227.60 MHz发射导航信号,通过测量这些信号
的到达时间,用户可以用4颗卫星确定出导航参数。即经度、纬度、高度和时间。
    (2)地面控制站组
    地面站组包括1个主控站、5个监测站和3个注入站,如图11.4所示。主控站位于科
罗拉多的联合空间执行中心,三个注入站分别设在大西洋的阿松森岛、印度洋的迭哥·伽
西亚和太平洋的卡瓦加兰三个美国军事基地上,五个监测站设在主控站和三个注入站以及
夏威夷岛。
图11.4  GPS地面站组分布
  五个监测站分别观测卫星,然后把有关信息发送到主控站,主控站计算出卫星十二小时
内的运行星历数据,通过注入站将此信息送回卫星,如图11.5所示。
  监测站的主要作用就是对每颗卫星进行观测,并向主控站提供观测数据,并采集当地的
气象等数据,数据处理机处理收集到的数据,定时将处理后的数据送往主控站。监测站是无
人值守的数据采集中心,受主控站控制。由监测站提供的观测数据形成了GPS卫星实时发布
的广播星历。
  主控站拥有大型计算机,宅完成以下的功能:①采集数据。主控站采集各个监测站所
测得的伪距和积分多普勒观测值、气象要素、卫星时钟和工作状态的数据,监测站自身的
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L - jIA站一一j
图11.5地面控制站组框图
状态数据,以及海军水面兵器中心发来的参考星历。②编辑导航电文。根据采集到的全部
数据计算出每颗卫星的星历、时钟修正量、状态数据以及大气修正量,并按一定的格式编
辑为导航电文,传送到注入站。③诊断功能。对整个地面站组的协调工作进行诊断,对卫
星的状况进行诊断,并加以编码向用户指示。④调整卫星。根据所测的卫星轨道参数,及
时将卫星调整到预定轨道,使其正常运转。而且还可进行卫星调度,用备份卫星取代失效
的工作卫星。
    主控站将编辑的卫星电文传送到注入站,定时将这些信息注入各个卫星,然后由GPS卫
星发送给用户,这就是所用的广播星历。
    注入站的主要作用是将主控站发送来的卫星星历和钟差信息,每天一次地注入到卫星上
的存贮器中。
    (3)用户GPS接收机
    GPS是采用无源工作方式,凡是有GPS接收设备的用户都可以使用GPS进行定位导
航。用户设备包括天线、接收机、微处理机、控制显示设备等,因而有时也称为GPS接
收机。
    2) GPS的工作原理
    卫星导航是在空间技术、大地和大气测量技术、数字通信和计算机技术等基础上发展起
来的现代无线电导航技术。
    (1) GPS采用的坐标系及变换
    GPS是以卫星作力时空基准点的导航系统,我们称之为星基系统,常用宇宙直角坐标系,
而飞机定位采用的是地理坐标,因此要进行坐标变换。
    卫星在空间的位置,通过卫星的轨道参量来表示。卫星和地球的相对位置不仅取决于卫
星的轨道参量,而且与地球自转有关。用户通过测定对卫星的相对位置,进而确定自身的地
理坐标。空间任一点的地理坐标和宇宙直角坐标之间的关系,如图11.6所示。如果已知某点
的经/纬度和飞行高度,可用(11.1)式计算出宇宙直角坐标系中的坐标瓜y、Z;反之已知
某点的宇宙直角坐标,可用(11.2)式计算出,a.、≯和H来。
    X = (O'P+H)cos4cos/l,
    y= (O'P+H)cos 4sin允    (11.1)
 
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本文链接地址:空中领航学 下册(89)