GPS系统包括三大部分:
- 空间部分—GPS卫星星座;
- 地面控制部分—地面监控系统;
- 用户设备部分—GPS信号接收机。
1.2.1 GPS工作卫星及其星座
GPS卫星星座的基本参数:
- 卫星数21+3颗;
- 6个卫星轨道面,轨道倾角55度;
- 卫星高度为20200km,卫星运行周期为11小时58分;
- 载波L1频率为1575.42MHz,L2为1227.60MHz。
GPS工作卫星情况:
- 在轨重量843.68kg,设计寿命七年半;
- 在轨时依靠太阳能电池及镉镍蓄电池供电;
- 有12根螺旋形天线组成的阵列天线,向地面发射张角为30度的电磁波束;
- 由一个推力系统保持卫星在轨位置及姿态调整,卫星姿态调整采用三轴稳定方式,使卫星天线始终对准地心。
1.2.2 地面监控系统
GPS的地面监控系统包括一个主控站、五个监控站和三个注入站。
主控站位于美国克罗拉多(Colorado)的法尔孔(Falcon)空军基地,它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据,计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等,并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;同时,它还对卫星进行控制,向卫星发布指令,当工作卫星出现故障时,调度备用卫星,替代失效的工作卫星工作;另外,主控站也具有监控站的功能。
监控站有五个,除了主控站外,其它四个分别位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群岛(Ascencion)、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰(Kwajalein),监控站的作用是接收卫星信号,监测卫星的工作状态。
注入站分别位于阿松森群岛(Ascencion)、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰(Kwajalein),注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。
1.2.3 GPS信号接收机
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。
GPS接收机采用码分多址(CDMA)技术,实现了接收机多通道接收卫星信号,提高系统的稳定性。
它的作用是接收GPS卫星所发出的信号,利用这些信号进行导航定位等工作。以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。