全球定位系統的組成

GPS全球衛星定位系統由三部分組成：空間部分——GPS星座（GPS星座是由24顆 衛星組成的星座，其中21顆是工作衛星，3顆是備份衛星）；地面控制部分——地面監控 系統；用戶設備部分——GPS信號接收機。

①空間部分。

GPS的空間部分是由24顆工作衛星組成，它位于距地表20,200千米的上空，均勻分 布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道傾角為55°。此外，還有4顆有源備份衛星 在軌運行。衛星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛星，并 能保持良好定位解算精度的幾何圖像。這就提供了在時間上連續的全球導航能力。GPS 衛星產生兩組電碼，一組稱為C/A碼（Coarse/ Acquisition Code 11023MHz); —組稱為 P碼（Precise Code 10123MHz)，P碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美 國軍方管制，并設有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國軍方服務。C/A碼人為采取 措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。

②地面控制部分。

地面控制部分由一個主控站，5個全球監測站和3個地面控制站組成。監測站均配裝 有精密的銫鐘和能夠連續測量到所有可見衛星的接收機。監測站將取得的衛星觀測數據， 包括電離層和氣象數據，經過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監測站收集跟蹤 數據，計算出衛星的軌道和時鐘參數，然后將結果送到3個地面控制站。地面控制站在 每顆衛星運行至上空時，把這些導航數據及主控站指令注入到衛星。這種注人對每顆GPS 衛星每天一次，并在衛星離開注入站作用范圍之前進行最后的注入。如果某地面站發生 故障，那么在衛星中預存的導航信息還可用一段時間，但導航精度會逐漸降低。

對于導航定位來說，GPS衛星是一動態已知點。星的位置是依據衛星發射的星歷 (描述衛星運動及其軌道）的參數算得的。每顆GPS衛星所播發的星歷是由地面監控系統 提供的。衛星上的各種設備是否正常工作以及衛星是否一直沿著預定軌道運行，都要由 地面設備進行監測和控制。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處于同一時間標 準——GPS時間系統。這就需要地面站監測各顆衛星的時間，求出鐘差。然后由地面注 入站發給衛星，衛星再由導航電文發給用戶設備。GPS工作衛星的地面監控系統包括一個 主控站、三個注入站和五個監測站。

③用戶設備部分。

用戶設備部分即GPS信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選 擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，即可測量 出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數 據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理 位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的后處 理軟件包構成完整的GPS用戶設備。GPS接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。 接收機一般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在于更換外電源時不中 斷連續觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機后，機內電池為RAM存儲器供 電，以防止數據丟失。目前各種類型的接收機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外 觀測使用。

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