AT89C51单片机GPS定位定向系统设计(2)
用GPS信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度的时间测量。GPS技术在各方面的应用正在蓬勃发展，可以相信，它在军用、民用各个领域的渗透、应用必将朝着更宽广的范围和更深刻的层次迅速发展。
1.2 GPS系统的组成
GPS系统主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。
1.2.1 空间星座部分
GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道面上有4颗卫星。卫星轨道面相对于地球赤道面的轨道倾角为55°，各轨道平面的升交点的赤经相差60°，一个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30°。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此在同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4分钟。每颗卫星每天约有5小时在地平线上运行，在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星，且最多可达11颗。
图1.2.1 GPS系统的空间卫星星座
GPS卫星采用蜂窝结构，主体呈柱形，直径为1.5m，卫星重774kg。卫星两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板(BLOCK I)，全长5.33m接受日光面积为7.2m2。对日定向系统控制两翼电池帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组15Ah镍镉电池充电，以保证卫星在地球阴影部分能正常工作。在星体底部装有12个单元的多波束定向天线，能发射张角大约为30度的两个L波段（19cm和24cm波）的信号。在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网的通信。此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统，以便使卫星保持在适当的高度和角度，准确对准卫星的可见地面。
1.2.2地面监控部分
GPS的地面监控部分目前主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括一个主控站，3个信息注入站和5个卫星监测站。主控站位于科罗拉多州斯平市的联合空间执行中心，3个注入站分别设在南大西洋的阿松森岛、印度洋的狄哥伽西亚和太平洋的卡瓦加兰，5个监控站设在主控站、3个注入站和夏威夷岛。
监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机和若干环境数据传感器。接收机连续观测GPS卫星、采集数据、监测卫星的工作状况。原子钟提供时间标准.环境传感器收集当地有关的气象数据。所有观测资料由计算机进行初步处理，再存储和传送到主控站，用以确定卫星的精密轨道。
主控站主要完成下列功能:
1）采集数据:它采集各个监测站传送来的数据，包括卫星的伪距、积分多普勒、时钟、工作状态、监测站状态、气象要素以及海军水面兵器中心的参考星历；
2）编辑导航电文:根据采集的数据计算每一颗卫星的星历、时钟改正数、状态参数、大气改正数等，并按一定格式编辑为导航电文，传送到注入站；
3）诊断功能:对整个地面监控部分的协调工作和卫星的健康状况进行诊断，并进行编码和编入导航电文发送给用户；
4）调整卫星:根据需要对卫星进行调整。或者调整卫星轨道到正常位置，或者用备用卫星取代失效的工作卫星，或者对卫星是否施加SA和AS措施。
注入站的主要设备包括天线、C波段发射机和计算机，其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统，并监测注入卫星的正确性。整个GPS的地面监控部分，如图1.2.2所示，除主控站外均无人值守。各站间用现代化的通信系统联系起来，在原子钟和计算机的精确控制下自动运行。
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