文档介绍：Basis, Communication Protocol and Applications of GPS
Gong Jianwei ()
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Abstract: This paper summaries the basis and construction of Global Positioning System (GPS),
The emphasis munication protocol of GPS.
GPS 的基本原理通讯码制及定位应用
摘要本作业概述了 GPS 全球定位系统的基本原理系统组成着
重介绍了通讯码制 C/A 码和 P 码然后介绍了 GPS 定位系统在本
人正在进行的课题陆地自主车和半自主遥控导弹靶车两个系统中
的应用并给出一个 GPS 信号接收和处理的 C 源程序

目次
全球定位系统的原理及组成
基本原理
的组成
有关工作的几个问题
信号与多通道
差分工作方式与独立工作方式
载波相位与码相位
操作码
系统精度
信号结构
传输信号分类
信号结构
码
1
码
在陆地自主车和半自主遥控靶车定位上的应用
在陆地自主车项目中的应用
在制导导弹遥控靶车上的应用
接收机通讯格式及其接收程序

1 全球定位系统的原理及组成
基本原理
GPS 系统是由美国国防部的陆海空三军在 70 年代联合研制的新
型卫星导航系统它的英文名称是“ Navigation Satellite Timing And
Ranging / Global Positioning System”其意为“卫星测时测距导航全
球定位系统”简称 GPS 系统该系统是以卫星为基础的无线电导航
定位系统具有全能性(陆地海洋航空和航天) 全球性全天候
连续性和实时性的导航定位和定时的功能能为各类用户提供精密
的三维坐标速度和时间
GPS 的定位原理实质上就是测量学的空间测距定位利用在平均
20200km 高空均匀分布在 6 个轨道上的 24 颗卫星发射测距信号码
和载波用户通过接收机接收这些信号测量卫星至接收机之距通过
一系列方程演算便可知地面点位坐标
GPS 的组成
GPS 由三部分组成 GPS 空间部分地基监控站和 GPS 用户接
收机部分
2
GPS 空间部分
GPS 空间部分由 24 颗分布在 6 个等间隔轨道上的卫星组成卫
星分布可保证全球任何地区任何时刻都不少于 4 颗卫星供观测 24
颗卫星中 3 颗做为备份每个轨道平面上有 4 颗卫星它们按与地球
成 55 的相同方向运行空间间隔约为 90 这些卫星工作在 2 种
频率下和通过测量这些卫星到达的时间
用户可以用 4 颗卫星确定 4 个导航参数纬度经度高度和时间
每个 GPS 卫星都对应一组编号它们有多种编号一般采用 PRN
卫星所采用的伪随机噪声码编号 GPS 定位精度高低关键在于高
稳定度的频率标准为此每颗 GPS 卫星都设有两台铷原子钟和两
台铯原子钟
地基监控站地基部分
地基监控站由一个主控站和四个监察院控站组成主控站设置在
美洋和印度洋诉岛屿上
用户接收机部分
GPS 用户接收机
3
用户接收机通过接收多颗卫星的信号来解算出自身的位置以实
现定位和导航 GPS 接收机按使用环境可分为中低动态接收机和高
动态接收机按所收信号可分为单频 C/A 码接收机和双频 P 码和 Y
码接收机
GPS 接收机可以捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫
星的信号并跟踪这些卫星的运行对所接收到的 GPS 信号进行变
换放大和处理以便测量出 GPS 信号从卫星到接收机天线的传播
时间解译出 GPS 卫星所发送的导航电文实时地计算出测站的三
维位置甚至三维速度和时间
2 有关 GPS 工作的几个问题
信号与多通道
为了获得位置坐标用户必须从 4 颗卫星获得信号这可以通过
几种不同的方法来实现
l 单通道接收机接顺序接收 4 颗卫星的信号这种定序可以
以 1/4-1 秒的速率进行从而使用户大约每 5 秒钟就可以获得
一次定位信息这种定位系统成本最低
l 多通