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1、一、GPS系统概述 二、GPS系统组成,课题二十六、卫星导航系统,GPS是NAVSTAR global positioning system的简称，即导航星全球定位系统。利用多颗高轨道卫星，测量距离和距离变化率来精确测定用户位置、速度和时间等参数的卫星导航系统。船舶利用GPS接收机进行导航定位，其精度为100米，且使用方便。广泛应用于远洋船舶。,一、GPS系统概述,主要作用：二维定位及二维测速；或三维定位三维测速等。 优点：全球、全天候、实时、高精度定位。 缺陷：不能在水下定位；受人为因素影响大。,二、GPS系统组成,由空间系统（导航卫星）、地面控制系统（地面站）和用户（导航仪）三部分组成的。
2、 1、导航卫星,图8-12 GPS系统图,组成：21颗工作卫星和3颗备用卫星。 轨道：6条圆形轨道，每条轨道上均匀分布4颗卫星。 轨道高度20183 km，轨道与天赤道交角为55。 卫星绕地球飞行一周需要约12h（约合720 min）。 在地球上任何地点、任何时刻都可以至少看到5颗卫星（最多11颗），其中至少有4颗卫星仰角大于7.5。 在地球上观测每颗卫星的时间约为1h，卫星每天通过地球上同一上空的时间约提前4 min。,卫星作用：接收来自地面站的信息（此信息包括卫星编号、卫星星历、环境情况、时间飘移量、电离层延迟改正等），向用户发送导航电文（导航信息）。 导航电文发射：频率L1=1575.4
3、2MHz，L2=1227.60MHz。 以连续编码脉冲信号的形式发射，编码信号为二进制伪随机噪声码，分为CA码（CA-clear acquisition）和P码（P-precision）两种。 GPS时间：GPS卫星时间系统采用的时间基准，以主控站的高精度原子钟作为时间基准。 GPS卫星：每颗重约845kg，圆柱形，直径约1.5m，工作寿命约为57年。,2、地面站 GPS的地面站分为主控站、监测站（跟踪站）、注入站。 （1）主控站 一个，美国科罗拉多州的斯普林斯综合航天中心， 作用：控制所有地面站的工作；产生GPS的标准时间信号；编制卫星星历、轨道参数、电离层延时改正、更新卫星等。 （2）监测
4、站 有5个，科罗拉多的斯普林斯、太平洋的夏威夷、马绍尔群岛的夸贾林岛、印度洋的迪戈加西亚岛、南大西洋的阿森松岛。 作用：跟踪每一颗卫星，收集卫星数据，送到主控站。,（3）注入站 4个，美国的科得角、南大西洋的阿森松岛、太平洋的夸贾林岛和印度洋的迪戈加西亚岛。 作用：每隔8小时向每颗卫星注入一次新的导航信息。,GPS导航仪 按其功能分为Z型导航仪、Y型导航仪和X型导航仪。 Z型，只能接收CA码信号，适用于速度较慢的民用船舶。 Y型，接收CA码和P码信号，适用于航空和军用船舶。 X型，接收CA码和P码信号，适用于军用飞机和船舶。,图8-13 GPS定位原理图,1、GPS导航仪组成及作用 （1）接收
5、天线 GPS导航仪的接收天线是长约20 cm的圆柱形，是一种有源天线，安装在主桅一定的高度位置。用于接收GPS卫星发射的信号。 （2）本机 本机是一台GPS导航仪的主体部分，由电路元器件（数据输入、信号放大处理、解码、数据测量计算、数据显示等），数据显示屏幕和操作键盘等组成。主要作用是输入数据、对接收信号进行放大处理、解码、测量计算、显示数据等。 （3）电源 GPS的电源部分由变压器和有关电子器件组成，其作用是将船电转换为天线和本机各部分所需要的电源。有的型号GPS导航仪的电源部分电子器件，直接安放在本机内。,2、GPS导航仪启动方式 GPS导航仪开机方式一般分为冷启动、热启动和重新启动三种。
6、 （1）冷启动 定义：一台导航仪安装后第一次开机使用，或停机3个月以上（有的导航仪6个月以上）时再次开机，或停机后位置变化100英里以上（有的导航仪位置变化600 n mile以上）时再次开机，称为冷启动。 方法：导航仪须进行初始化输入，即需要输入推算船位经纬度、时间、天线高度、HDOP等数据后，导航仪需要搜索卫星，重新收集历书，约30 min后，才开始自动定位。冷启动输入时间的误差不应超过15 min（有的导航仪要求不超过1h），输入船位经纬度的误差不应超过1（有的导航仪要求不超过10）。若HDOP数值范围为0099，二维定位（船舶定位）时，一般设定为10。,（2）热启动 定义：GPS导航仪
7、关机后，位置变化不超过100英里（有的导航仪不超过600 n mile）时或关机日期不超过3个月（有的导航仪不超过6个月）时，且导航仪内保存有卫星星历时的启动称为导航仪的热启动。 方法：不需要向导航仪输入初始数据。接通电源后，最多不超过20 min就可以自动定位。 （3）日常启动 定义：船舶在航行或停泊时，GPS导航仪关机后再启动，称为导航仪的日常启动。 方法：不需初始化输入。是GPS导航仪经常的开机方式，开机后马上就可以自动定位。,3、GPS导航仪主要功能 （1）船位计算和显示功能 每隔3s5s更新一次船位，显示的船位分为GPS船位和DR（dead reckoning）船位。当设定的HDOP
8、定位的HDOP时，显示GPS船位。 （2）导航功能 计算显示航向、航速；具有偏航报警和到达报警的音响和图示；计算显示风流压差；标绘航迹和航路点。 （3）航线设计功能 可输入存储10条以上航线（route），每条航线可以设定10航路点（waypiont）。计算显示到某一航路点的航向、距离、到达时间等。,（4）存储导航信息 可以存储10个以上重要航路点（event），计算航程等。 （5）显示和预报卫星的有关信息 显示用于定位的卫星编号（SANO）、仰角（ELV）、方位角（AZL）、HDOP、信噪比（S/N）等。可以预报未来卫星升出地平线的时间，编号、仰角、方位角等信息。,4、GP-500型导航仪的操作使用 GP-500型导航仪面板如图所示。 1）面板主要按键的名称及作用 （1）电源开关键 PWR OFF ：接通导航仪电源或关掉电源。 （2）亮度键 DIM ：调节显示屏亮度。 （3）显示键 SPD/CRS ：显示航速航向等。,图8-14 GP-500型导航仪面板,