第3章 GPS系统的段
3.1 GPS系统概述
全球定位系统（GPS）由3个段组成：卫星星座、地面控制／监测网络和用户接收设备。GPS联合计划办公室（JPO）对这些组成部分的正式计划性术语分别是空间、控制和用户设备区段。卫星星座包括在轨卫星，它们向用户设备提供测距信号和数据电文。控制段（CS）对空间的卫星进行跟踪和维护，CS监测卫星的健康状况和信号的完好性，并维持卫星的轨道布局。此外，CS更新卫星的时钟校正量和星历，以及其他许多对确定用户位置、速度和时间（PVT）至关重要的参数。最后，用户接收机设备（即用户段）完成导航、授时和其他有关的功能（例如测绘）。下面首先对每个系统段进行概述，然后从3.2节开始对每个系统段做进一步叙述。
3.1.1 空间段概述
空间段即卫星星座，用户根据该星座的卫星进行测距测量。空间飞行器（SV，即卫星）发射进行测距测量的PRN码信号。GPS系统对用户来说是无源系统，即GPS系统只发射信号，而用户只接收信号。所以，可以有无数的用户同时使用GPS系统。卫星发射的测距信号由包含卫星位置信息的数据进行调制。卫星包括有效载荷和飞行器控制子系统。最主要的有效载荷是导航载荷，用于GPS PVT任务；其他有效载荷包括核爆炸检测系统（NUDET），用于检测和报告基于地球的辐射现象。飞行器控制子系统完成诸如维持卫星指向地球、太阳能板指向太阳等功能。
3.1.2 控制段概述
控制段（CS）负责维护卫星和维持其正常功能，包括将卫星保持在正确的轨道位置（称为位置保持）和监测卫星子系统的健康与状况。CS也监测卫星的太阳能电池、电池的功率电平以及用于机动的推进燃料量。此外，CS还激活备份卫星（如果可用）以维持系统的可用性。CS至少每天更新一次每颗卫星的时钟、星历和历书，以及在导航电文中的其他指示量。当需要提高导航精度的时候，更新将更加频繁（频繁的时钟和星历更新降低了由空间和控制因素所产生的测距误差。
在3.3.1.4节和7.2节中，将进一步详细地介绍频繁的时钟和星历更新的影响）。
星历参数是对GPS卫星轨道的精密拟合，对于每天一次的常规上行加载时问表，只在4 h的间隔内有效。根据不同的卫星批号，导航电文数据可以存储从最短14天到最长210天的期限，对于不频繁的每两周一次的上载，拟合间隔为4或6 h；如果超过两周不能上载，拟合间隔为6 h以上。历书是星历参数的一个简化的子集，其精度也要低一些。历书由15个星历轨道参数中的7个组成。历书数据用来预测近似的卫星位置，并辅助对卫星信号的捕获。此外，cs判定卫星的异常，控制SA和AS，并在远程监测站进行伪距和载波相位测量，以确定星钟改正数、历书和星历。为完成上述功能，控制段由3个不同的物理部分组成：主控站（MCS）、监测站和地面天线。
……
展开
