同步測距全球定位系統
正文
一種正在趨於成熟的先進軍用衛星導航定位系統，簡稱全球定位系統 (GPS)。60年代“子午儀”衛星導航系統研製成功以後，美國繼續研究更先進的軍用衛星導航系統。1973年開始研究全球定位系統，工程研究試製階段接近結束，預計80年代後期開始部署使用，用以滿足軍事上的需要。原計畫在3個軌道平面上共部署 24顆衛星，在最佳狀態下可達到10米左右三維準確度（全球範圍）。後來改為在6個軌道平面上共部署18顆衛星,定位能力有所降低。系統構成 全球定位系統包括地面控制部分、空間部分和用戶部分。
① 地面控制部分：由一個主控站、一個地面控制站和若干相互遠離的監測站組成。監測站配有接收機、銫鐘和覆蓋上半天球的天線，能無源跟蹤視界內的所有衛星,從收到的每顆衛星信號中測得單程距離。然後,將測得值與環境數據一起發往主控站。主控站對收到的數據進行處理，得到軌道數據和鐘差，由此產生星曆。主控站用銫鐘組保持全球定位系統時，必要時能調整星鍾時間相位和頻率。地面控制站每天向每顆衛星輸送一次主控站提供的電文，其中包括星曆、鐘差和傳播延遲數據。數據裝入衛星上存儲器，用以更換舊數據，並調製在每顆衛星發射的兩個載頻上。
② 空間部分：衛星在 20183公里高的圓軌道上運行,運行周期為12小時。軌道對赤道傾斜55°。6個軌道平面上各均勻分布 3顆衛星，軌道升交點相互間隔60°。衛星上除裝有遙控、遙測、收發天線等一般衛星所必備的分系統外,還裝有高穩定度的原子鐘和導航分系統。超穩定原子鐘是全球定位系統的核心。每顆衛星自身直接產生超穩定導航同步信號，初期使用銣頻標，同時研製更穩定的銫頻標。衛星上銫頻標的長期穩定度預期達到每300萬年不差1秒。
③ 用戶部分：用戶接收設備中用來接收處理衛星導航同步信號的晶體振盪器，類似於現代數字手錶中的石英振盪器,具有極佳的短期穩定度。它與原子頻標結合使用時，足以提供全球定位系統定位準確度所需要的精確時間基準。但用戶鐘差須用解算測偽距聯立方程解決。星曆跟蹤和預測是全球定位系統工作的基本依據。用戶憑藉星曆跟蹤和預測，測量距離和計算所在位置。全球定位系統採用了頻譜擴展技術。在用戶接收機中，衛星選擇信號處理、本地碼產生和定位計算等均靠微處理器完成。
導航信號的產生和構成 衛星把來自星鐘的 10.23兆赫頻率作為基準。這個基準頻率推動鍾標、碼產生器，乘120次得到載頻L2（1227.6兆赫），乘 154次得到 L1（1575.42兆赫）。鍾標控制計算機產生軌道數據。碼產生器產生P碼和 C/A碼。P碼與軌道數據一起分別調製在經90°移相的L2和L1上，由天線發射。C/A碼與軌道數據分別直接調製在L2和L1上,由天線發射（圖1）。P碼是最精確的偽隨機噪聲碼，每7天重複一次，當接收設備沒有對應碼模時就很難跟蹤和鎖定。C/A碼是粗獲取碼，每毫秒重複一次,提供的定位準確度較差。導航電文中含有交接詞(HOW)，專門用來把C/A碼轉換為 P碼。全球定位系統的電文使用規定的數據結構，每1500比特為1幀，分為5個300比特的副幀,每個副幀再分為10個30比特的詞。每個詞含有24個信息比特和 6個奇偶校驗比特（圖2）。
同步測距全球定位系統
同步測距全球定位系統
同步測距全球定位系統組合系統導航濾波器既可裝入全球定位系統接收機的處理器中，也可裝入慣性導航的處理器中。所有導航計算均可在一個處理器中進行。但用多個濾波器分散處理多個感測器的輸入時，載體上各個導航系統都能單獨工作。
