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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。

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。

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。

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。

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。最初的GPS卫星星座计划由24颗GPS卫星组成。2000年底GPS卫星星座由23颗BlockⅡ卫星和BlockⅡA卫星,以及5颗BlockⅡR卫星组成。在一般情况下,用户能同时观测到6～8颗卫星。

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。

2.监测站

监测站是无人值守的数据自动采集中心。整个全球定位系统共设立了5个监测站,它们分别位于科罗拉多州(美国本土)、阿松森群岛(大西洋)、迭哥伽西亚(印度洋)、卡瓦加兰和夏威夷岛(太平洋)。

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。3个注入站分别位于迭哥伽西亚、阿松森群岛和卡瓦加兰。注入站能将接收到的导航电文存储在微机中,当卫星通过其上空时再用大口径发射天线将这些导航电文和其他命令分别“注入”卫星。

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。