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全球定位系统由以下三个部分组成: 空间部分( GPS 卫星) 、地面监控部分和用户部分。

①空间部分( GPS 卫星)

GPS 卫星可连续向用户播发用于进行导航定位的测距信号和导航电文, 并接收来自地面监控系统的各种信息和命令以维持正常运转。

②地面监控部分

地面监控系统的主要功能是: 跟踪 GPS 卫星, 确定卫星的运行轨道及卫星钟改正数, 进行预报后再按规定格式编制成导航电文, 并通过注入站送往卫星。

地面监控系统还能通过注入站向卫星发布各种指令, 调整卫星的轨道及时钟读数, 修复故障或启用备用件等。

③用户部分

用户则用 GPS 接收机来测定从接收机至 GPS 卫星的距离, 并根据卫星星历所给出的观测瞬间卫星在空间的位置等信息求出自己的三维位置、三维运动速度和钟差等参数。

一、空间部分

1. GPS 卫星

每颗卫星都配备有 4 台原子钟, 可为卫星提供高精度的时间标准。

GPS 卫星的基本功能是: 接收并存储来自地面控制系统的导航电文; 在原子钟的控制下自动生成测距码( C/ A 码和 Y 码) 和载波; 采用二进制相位调制法将测距码和导航电文调制在载波上播发给用户; 按照地面控制系统的命令调整轨道, 调整卫星钟, 修复故障或启用备用件以维护整个系统的正常工作。

GPS 卫星可分为试验卫星和工作卫星两大类。其中工作卫星又可分为 BlockⅡ, BlockⅡA、BlockⅡR 和 BlockⅡF 等类型。

2. GPS 卫星星座

发射入轨能正常工作的 GPS 卫星的集合称 GPS 卫星星座。

24 颗卫星的GPS卫星星座

 

二、地面监控部分

支持整个系统正常运行的地面设施称为地面监控部分。它由 1 个主控站, 5 个监测站, 3个注入站以及通信和辅助系统组成。

1. 主控站

主控站是整个地面监控系统的行政管理中心和技术中心, 位于科罗拉多州的联合空间工作中心。其主要作用是:

( 1 ) 负责管理、协调地面监控系统中各部分的工作。

( 2 ) 根据各监测站送来的资料, 计算、预报卫星轨道和卫星钟改正数, 并按规定格式编制成导航电文送往地面注入站。

( 3 ) 调整卫星轨道和卫星钟读数, 当卫星出现故障时负责修复或启用备用件以维持其正常工作。无法修复时调用备用卫星去顶替它, 维持整个系统正常可靠地工作。

2. 监测站

监测站是无人值守的数据自动采集中心。其主要功能是:

( 1 ) 对视场中各 GPS 卫星进行伪距测量。

( 2 ) 通过气象传感器自动测定并记录气温、气压、相对湿度( 水汽压) 等气象元素。

( 3 ) 对伪距观测值进行改正后再进行编辑、平滑和压缩, 然后传送给主控站。

3. 注入站

注入站是向 GPS 卫星输入导航电文和其他命令的地面设施。

4. 通信和辅助系统

通信和辅助系统是指地面监控系统中负责数据传输以及提供其他辅助服务的机构和设施。全球定位系统的通信系统由地面通信线、海底电缆及卫星通信等联合组成。