全球定位系统的组成

GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分——GPS星座（GPS星座是由24颗 卫星组成的星座，其中21颗是工作卫星，3颗是备份卫星）；地面控制部分——地面监控 系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

①空间部分。

GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20,200千米的上空，均匀分 布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。此外，还有4颗有源备份卫星 在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并 能保持良好定位解算精度的几何图像。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码，一组称为C/A码（Coarse/ Acquisition Code 11023MHz); —组称为 P码（Precise Code 10123MHz)，P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美 国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/A码人为采取 措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。

②地面控制部分。

地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装 有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接收机。监测站将取得的卫星观测数据， 包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪 数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在 每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注人对每颗GPS 卫星每天一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生 故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。

对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历 (描述卫星运动及其轨道）的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统 提供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由 地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标 准——GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注 入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个 主控站、三个注入站和五个监测站。

③用户设备部分。

用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选 择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量 出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数 据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理 位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处 理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。 接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中 断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供 电，以防止数据丢失。目前各种类型的接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外 观测使用。

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