GPS 的控制部分由分佈在全球的由若干個跟蹤站所組成的監控系統所構成,根據其作用的不同,這些跟蹤站又被分爲主控站、監控站和注入站。主控站有一個,位於美國克羅拉多(Colorado)的法爾孔(Falcon)空軍基地,它的作用是根據各監控站對 GPS 的觀測數據,計算出衛星的星曆和衛星鐘的改正參數等,並將這些數據通過注入站注入到衛星中去;同時,它還對衛星進行控制,向衛星發佈指令,當工作衛星出現故障時,調度備用衛星,替代失效的工作衛星工作;另外,主控站也具有監控站的功能。監控站有五個,除了主控站外,其它四個分別位於夏威夷(Hawaii)、阿鬆森羣島(Ascencion)、迭哥伽西亞(Diego Garcia)、卡瓦加蘭(Kwajalein),監控站的作用是接收衛星信號,監測衛星的工作狀態;注入站有三個,它們分別位於阿鬆森羣島(Ascencion)、迭哥伽西亞(Diego Garcia)、卡瓦加蘭(Kwajalein),注入站的作用是將主控站計算出的衛星星曆和衛星鐘的改正數等注入到衛星中去。
GPS用戶部分:
GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機氣象儀器等所組成。它的作用是接收GPS衛星所發出的信號,利用這些信號進行導航定位等工作。 以上這三個部分共同組成了一個完整的GPS系統。
GPS信號接收機的任務是:能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號,並跟蹤這些衛星的運行,對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理,以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間,解譯出GPS衛星所發送的導航電文,實時地計算出測站的三維位置,位置,甚至三維速度和時間。
GPS衛星發送的導航定位信號,是一種可供無數用戶共享的信息資源。對於陸地、海洋和空間的廣大用戶,只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備,即GPS信號接收機。可以在任何時候用GPS信號進行導航定位測量。根據使用目的的不同,用戶要求的GPS信號接收機也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產GPS接收機,產品也有幾百種。這些產品可以按照原理、用途、功能等來分類。
靜態定位中,GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的過程中固定不變,接收機高精度地測量GPS信號的傳播時間,利用GPS衛星在軌的已知位置,解算出接收機天線所在位置的三維座標。而動態定位則是用GPS接收機測定一個運動物體的運行軌跡。GPS信號接收機所位於的運動物體叫做載體(如航行中的船艦,空中的飛機,行走的車輛等)。載體上的GPS接收機天線在跟蹤GPS衛星的過程中相對地球而運動,接收機用GPS信號實時地測得運動載體的狀態參數(瞬間三維位置和三維速度)。
接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的後處理軟件包,構成完整的GPS用戶設備。GPS接收機的結構分爲天線單元和接收單元兩大部分。對於測地型接收機來說,兩個單元一般分成兩個獨立的部件,觀測時將天線單元安置在測站上,接收單元置於測站附近的適當地方,用電纜線將兩者連接成一個整機。也有的將天線單元和接收單元製作成一個整體,觀測時將其安置在測站點上。
GPS接收機一般用蓄電池做電源。同時採用機內機外兩種直流電源。設置機內電池的目的在於更換外電池時不中斷連續觀測。在用機外電池的過程中,機內電池自動充電。關機後,機內電池爲RAM存儲器供電,以防止丟失數據。
近幾年,國內引進了許多種類型的GPS測地型接收機。各種類型的GPS測地型接收機用於精密相對定位時,其雙頻接收機精度可達5MM+1PPM.D,單頻接收機在一定距離內精度可達10MM+2PPM.D。用於差分定位其精度可達亞米級至釐米級。
目前,各種類型的GPS接收機體積越來越小,重量越來越輕,便於野外觀測。GPS和GLONASS兼容的全球導航定位系統接收機已經問世。
GPS接收機的分類: GPS衛星發送的導航定位信號,是一種可供無數用戶共享的信息資源。對於陸地、海洋和空間的廣大用戶,只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備,即GPS信號接收機。可以在任何時候用GPS信號進行導航定位測量。根據使用目的的不同,用戶要求的GPS信號接收機也各有差異。目前世界上已有幾十家工廠生產GPS接收機,產品也有幾百種。這些產品可以按照原理、用途、功能等來分類。 1、按接收機的用途分類 (1)導航型接收機 此類型接收機主要用於運動載體的導航,它可以實時給出載體的位置和速度。根據應用領域的不同,此類接收機還可以進一步分爲: 車載型--用於車輛導航定位; 航海型--用於船舶導航定位; 航空型--用於飛機導航定位。由於飛機運行速度快,因此,在航空上用的接收機要求能適應高速運動。 星載型--用於衛星的導航定位。 (2)測地型接收機 測地型接收機主要用於精密大地測量和精密工程測量。這類儀器主要採用載波相位觀測值進行相對定位,定位精度高。儀器結構複雜,價格較貴。 (3)授時型接收機 這類接收機主要利用GPS衛星提供的高精度時間標準進行授時,常用於天文臺及無線電通訊中時間同步。 2、按接收機的載波頻率分類 (1)單頻接收機 單頻接收機只能接收L1載波信號,測定載波相位觀測值進行定位。由於不能有效消除電離層延遲影響,單頻接收機只適用於短基線的精密定位。 (2)雙頻接收機 雙頻接收機可以同時接收L1,L2載波信號。利用雙頻對電離層延遲的不一樣,可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響,因此雙頻接收機可用於長達幾千公里的精密定位。 3、按接收機通道數分類 GPS接收機能同時接收多顆GPS衛星的信號,爲了分離接收到的不同衛星的信號,以實現對衛星信號的跟蹤、處理和量測,具有這樣功能的器件稱爲天線信號通道。根據接收機所具有的通道種類可分爲: (1)多通道接收機 (2)序貫通道接收機 (3)多路多用通道接收機 4、按接收機工作原理分類 (1)碼相關型接收機 碼相關型接收機是利用碼相關技術得到僞距觀測值。 (2)平方型接收機 平方型接收機是利用載波信號的平方技術去掉調製信號,來恢復完整的載波信號通過相位計測定接收機內產生的載波信號與接收到的載波信號之間的相位差,測定僞距觀測值。 (3)混合型接收機 這種儀器是綜合上述兩種接收機的優點,既可以得到碼相位僞距,也可以得到載波相位觀測值。 (4)干涉型接收機 這種接收機是將GPS衛星作爲射電源,採用干涉測量方法,測定兩個測站間距離。
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