GPS卫星导航系统
一、何为卫星导航系统；目前世界上开发的全球定位系统
卫星导航系统：由导航卫星、地面站、和用户设备三部分组成，
导航卫星用于发送定位信号，地面站对卫星进行跟踪控制并注入导航信息，
位于用户运载体上的导航接收机接收卫星信号以实现定位与导航。
目前全世界的卫星定位系统：
1、GPS卫星导航系统；
2、格罗纳斯卫星导航系统；
3、北斗卫星导航系统；
4、伽利略卫星导航系统
二、GPS系统设置；相互之间的联系
由GPS导航卫星网、地面站和用户设备三大部分组成。
GPS导航卫星网:由21颗工作卫星与3颗备用卫星组成，轨道高度约为20200km左右，运行周期11h58min，
轨道倾角约为55°，发射频率为1575.42MHZ和1227.60MHZ两种频率，
发射天线由12个鞭状螺旋天线组成的螺线天线阵，
发射电源由太阳能电源和镉镍蓄电池组成，卫星钟为原子钟。
截至2019年1月9日，GPS星座共有31颗运行卫星，不包括退役的在轨备件。
24颗GPS卫星以维持覆盖范围。
额外的卫星可能会提高GPS性能，但不会被视为核心星座的一部分。
凌继远18026210581
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GPS地面站:由主控站、5个跟踪站和3个注入站三部分组成。
用户设备（GPS卫导仪）:由天线、接收机、微处理片和输入输出组成。
相互之间的联系：
1、导航卫星与地面站：通过跟踪站收集的气象位置信息形成导航电文，并将测定的信息传送到主控站，通过收集、评价数据，并形成导航信息码发送到3个注入站，再由注入站将导航电文发送到导航卫星，使得导航电码始终保持更新。
2、导航卫星与用户设备：用户设备通过导航卫星的信号来测量时间和多普勒频移，并从中解调出导航电文，由导航电文获得该瞬时的导航卫星的空间位置，从而完成定位计算、测速计算。
导航电文
导航电文是卫星发射的导航信息。
GPS卫星发射的导航电文包括有卫屋上各有关系统的工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星星历、卫星历书数据、卫星识别标志以及与卫星导航有关的其它信息
三、GPS定位原理
定位原理：
GPS导航方程：GPS系统是个测距（时间）的定位系统，由于在测量过程中，用户的时钟为普通石英钟无法与导航卫星的的电子钟完全同步，因此测量出来的距离不是真实距离，而是伪测距，与真实的距离存在时钟偏差因而产生误差。通过分析，如果同时去测量四颗卫星，则用户所使用的石英钟与卫星的电子钟几乎是完全同步的，即可求出用户的位置（x、y、z）。
四、GPS系统加密码和各自特点
1、P码：P码是一种连续、长周期的伪随机二进制序列码，其码率为10.23MHz，码周期为7d、每个周期开始于星期六格林尼治标准时午夜1200时。
这种码具有精确额时间和距离测量能力。
2、CA码：是一种低速、短周期的伪随机二进制序列码。CA码的码率为1.023MHz，码周期为1ms、CA码测距精度较低。
五、GPS卫星导航电文信号格式，一个完整的导航电文包括的内容
格式：导航电文信号时经过二进制编制而成的数据码，码率为每秒50个码位，1、2、3子帧全相同，4、5子帧分25页为星历和历书。
内容：一个完整的导航电文包括卫星上各有关系统工作状态、系统时间、卫星钟偏差校正参量、卫星星历、卫星历书、卫星识别标志及卫星导航有关的其他信息。
凌继远18026210581
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六、GPS系统伪测误差组成
1、卫星误差：
包括星历表误差
卫星钟剩余误差
群延迟误差等
2、信号传播误差：受传播介质的影响，卫星信号传播的路径和速度变化产生的测距误差。信号传播误差有:
电离层折射误差
对流层折射误差
多径效应
使用双频道(L1、L2)GPS卫星导航仪可以较精确地消除电离层传播延迟
若船舶使用单频道(L1)GPS卫星导航仪。单频道GPS卫星导航仪采用数学模型校正法，可使电离层传播延迟误差减小一半。
3、GPS接收机误差：
接收机通道间偏差
接收机噪声
量化误差
七、DOP值对定位误差影响；二维定位和三维定位分别采用DOP类型
DOP值即为几何精度因子。
DOP值越小，定位精度越高，定位误差越小。
二维定位采用HDOP，
三维定位采用PDOP。
船载GPS卫星导航仪通常置卫星HDOP的门限值为10.
八、DGPS的工作原理
DGPS由GPS卫星网、基准站、数据链及用户四部分组成，DGPS基准站的位置精确已知，基准站用GPS接收机定位后，与其已知位置比较，计算出修正量。
一般DGPS用户和基准站之间距离较近，两者的GPS接收机观测定位误差基本相近，基准站的误差修正数据可以被用户用来修正其观测结果，该误差修正数据被称为差分修正数据。基准站通过数据链以广播或其他的通信方式将差分修正数据发送给用户，对用户测量的数据进行修正，使用户获得高精度的定位结果。
差分GPS根据修正数据的处理方法可分为：
1位置差分GPS
2伪距差分GPS
3相位平滑伪距差分GPS
4载波相位差分GPS
5广域差分GPS
6广城增强系统
九、船用GPS卫导仪常用功能
1、显示定位和导航数据：纬度、经度、高度，航迹向、航迹速、至航路点恒向线或大圆的操舵航向和距离、航行所需要的时间、偏航、航路点间的方向和航程、若有陀螺罗经和计程仪输入时，可显示流向和流速。
2、能够设置一些参数：HDOP、二维定位、三维定位、变换使用测地系。
3、位置更新时间约1s、导航数据更新时间3~5s。
4、显示卫星信息：卫星编号、方位、仰角、卫星工作状态、信噪比、星座预报。
5、能储存、设计航线和航路点。
6、警报：偏航、守锚监视、到达航路点所设定的范围、接收机故障等。
7、接口功能：提供输入/输出接口。
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北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统（以下简称北斗系统）是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，
是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
中国高度重视北斗系统建设发展，自20世纪80年代开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，形成了“三步走”发展战略：
2000年年底，建成北斗一号系统，向中国提供服务；
2012年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；
计划2020年前后，建成北斗三号系统，向全球提供服务。
2035年前，将以北斗系统为核心，建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时（PNT）体系。
系统基本组成
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。
——空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成。
——地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站，以及星间链路运行管理设施。
——用户段包括北斗及兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等
基础产品，以及终端设备、应用系统与应用服务等。
北斗系统具有以下特点：
一、空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能优势更为明显。
二、提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。
三、创新融合了导航与通信能力，具备基本导航、短报文通信、星基增强、国际搜救、精密单点定位等多种服务能力。
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工程建设
——空间段实现全球组网。
当前，
北斗一号系统已退役；
北斗二号系统15颗卫星连续稳定运行；
北斗三号系统正式组网前，发射了5颗北斗三号试验卫星，开展在轨试验验证，
研制了更高性能的星载铷原子钟（天稳定度达到10量级）和氢原子钟（天稳定度达到10量级），进一步提高了卫星性能与寿命；
成功发射了19颗组网卫星（其中，18颗中圆地球轨道卫星已提供服务，1颗地球静止轨道卫星处于在轨测试状态），
构建了稳定可靠的星间链路，基本系统星座部署圆满完成。
截至2018年12月，北斗系统可提供全球服务，
在轨工作卫星共33颗，15颗北斗二号卫星和18颗北斗三号卫星，具体为5颗地球静止轨道卫星、7颗倾斜地球同步轨道卫星和21颗中圆地球轨道卫星。
北斗系统当前基本导航服务性能指标如下所示：
服务区域：全球；
定位精度：水平10米、高程10米（95%）；
测速精度：0.2米每秒（95%）；
授时精度：20纳秒（95%）；
服务可用性：优于95%；其中，在亚太地区，定位精度水平5米、高程5米（95%）。
——基本导航服务。
为全球用户提供服务，空间信号精度将优于0.5米；
全球定位精度将优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时精度优于20纳秒；
亚太地区定位精度将优于5米，测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于10纳秒，整体性能大幅提升。
——短报文通信服务。
中国及周边地区短报文通信服务，服务容量提10倍，用户机发射功率降低到原来的1/10，单次通信能力1000汉字（14000比特）；
全球短报文通信服务，单次通信能力40汉字（560比特）。
——星基增强服务。
按照国际民航组织标准，服务中国及周边地区用户，支持单频及双频多星座两种增强服务模式，满足国际民航组织相关性能要求。
——国际搜救服务。
按照国际海事组织及国际搜索和救援卫星系统标准，服务全球用户。与其他卫星导航系统共同组成全球中轨搜救系统，同时提供返向链路，极大提升搜救效率和能力。
——精密单点定位服务。
服务中国及周边地区用户，具备动态分米级、静态厘米级的精密定位服务能力。
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