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Z=【D9（1一厂）2+H]sin≯
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A, = arctan y/x
≯ = arctana22 b2‘ -
H =√ Y-Yo)+(z-zo)
(11.2)
(2)卫星运行的轨道参数
卫星在以地心为焦点的椭圆轨道上运行时，可用其基本轨道参量来描述卫星在宇宙空间
的位置，如图11.7所示。这些基本轨道参数是描述卫星轨道平面在空间位置的参数，升交点
赤经Q和轨道面倾角f；描述轨道椭圆的形状和大小的参数，长半轴口和椭圆轨道的离心率；
描述轨道平面在轨道平面上的定向参数，近地点角国；描述卫星在轨道平面上的瞬时位置的
参数，卫星真近点角fo。
沿着椭圆轨道上有四个重要的点，它们是升交点、近地点、参考位置（卫星在参考时刻
to的位置）、卫星位置。GPS卫星以广播方式向用户广播轨道参数，用户收到卫星的轨道参数
后计算卫星的位置。
┏━━━┓
┃Z ┃
┃恭 ┃
┣━━━┫
┃岁弋y ┃
┗━━━┛
图11.6宇宙直角坐标和地理坐标
Z
图11.7卫星轨道参数
(3) GPS的基本工作原理
GPS是无源测距系统，在无源测距系统中，用户通过比较接收到的卫星发射信号及本地
参考信号，测量传播延时f，f正比于卫星和用户间的距离D (D=Cr)。
GPS通过一颗卫星只能测得一个距离参量，所以测得三个距离参量至少要有三颗卫星才
能确定飞机的三维位置。当系统以无源方武工作，用户又未装备高稳度时钟时，用户从一颗
卫星测得的伪距可表示为
d?= [(x - Xs:)2 +(y—ysf)2 +(Z一2sf)2 ]1/2 +C. At, (11.3)
式中，f表示第f颗卫星；x、y、z表示飞机的宇宙直角坐标；xsi、Ys,、毛f表示第f颗卫星的宇
宙直角坐标。
若所有卫星钟都采用高精度时钟，并且各卫星钟相互同步，则Atf=At，表达式可写成
d?=，@，y，z，△t) (11.4)
此方程有四个未知量x、yz、△f，求解此四个未知量，必须建立四个独立的方程，这
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意味着用无源测距定位方法确定飞机的三维位置和一维时钟，在空间至少需接收到四颗卫星
的信号，从四颗卫星测量四个伪距，如图11.8所示。从几何上讲，由四个伪距形式的四个位
置面相交的交点，就是飞机在四维空间的位置点。这样，采用无源测距定位时，用户只需采
用一般的石英钟即可。
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Atz~A硅
△t3—+△ d3
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图11.8 GPS的定位方法
GPS采用四星无源测距定位的实施步骤。以卫星作为时空基准点；测量出定位参数时间，
建立位置面或导航定位方程；求解用户位置。
(4)导航卫星的星历
卫星导航系统中，飞机通过测量对卫星的相对位置，进而确定自己在宇宙空间或在地球
上的位置。导航卫星是系统设置在空间的导航台，为了实现高精度导航定位，必须准确知道
任一时刻卫星在空间的位置(x，J，，z)。不同时刻的一组时空数据(ti，Xi，M，Zi，1-1，2，
3…)称为卫星星历。
(5) GPS信号特征
GPS信号由两个频率分量厶和￡2组成。厶为1575.42 MHz，三2为1227.60 MHz。信号
厶是由两种信号调制，一种是用时钟速率为10.23 MHz，长度为7d的伪随机二进制码调制，
称为P码；另一种是用时钟逮率为1.023 MHz，长度仅为1毫秒的伪随机二进制码调制，称
为C/A码。信号三2仅用P码（或C/A码）调制。
GPS信号的主要特征。进行精确的伪距测量，无多值性；进行精确的多普勒频移测量，
以便提取速度信息；提供双频测量，以测量出电离层延时量；提供足够的数据信道来发射卫
星星历、时钟修正信息以及其他必要信息；提供两种信号，一种是具有高精度的P码，P码
是卫星的精测码，具有较强的抗干扰能力，该码禁止提供给民用用户；另一种是较简单的C/A
码，C/A码是用于粗测和捕获的伪随机码，是一种短码，具有一定的抗干扰能力，每个GPS
卫星分配不同的C/A码，其保密性较差，测距精度较低，但能在短时间内被接收机捕获；具
有较强的抗干扰能力，能抗低功率窄带干扰、中等功率人为干扰及多路径干扰。
(6) GPS的性能参数
GPS的性能参数主要有四个。定位精度、完好性、可用性和连续服务性。单靠GPS星座
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空中领航学 下册(90)
