GPS 的组成

GPS 由卫星部分、地面控制部分和用户接收机三部分组成。

卫星部分由分布在 6 条轨道上的 24 颗 GPS 卫星组成。每条轨道都是高

度约为 20200 km 的圆形轨道，倾角 55°，轨道与轨道间的夹角为 60°，同一轨道上布有 4 颗卫星，相邻卫星间的位相差为 90°，不同轨道上两邻近卫星间的位相差为 30°，卫星绕地球一周为 12 小时（恒星时），这样在世界上任何地方任一时刻都能同时观测到 4 颗以上的卫星，因此 24 小时中在地球上任何地点都能定位（图 6-3）。卫星上安装有轻便的原子钟、微型计算机、电文存储和信号发射设备，均由太阳能电池提供电源。卫星上备有少量燃料， 用来调节卫星的轨道和姿态。

GPS 卫星发射的是一对相干波，载波频率和波长分别为：

fL1=1575.42MHz，λL1=19cm fL2=1227.60MHz，λL2=24cm

用伪随机码调制，其码率分别为 10.230MHz（波长为 29.3m）和 1.023MHz

（波长 293m），前者称 B 码或叫精码，码的变化结构十分复杂，不易捕获， 但能用于精密定位，仅供军方使用；后者称 C/A 码或叫粗码，按设计仅用于粗略定位，任何用户都能免费接收粗码信号。

地面控制部分是整个系统的中枢。如前所述，进行 GPS 定位的一个先决条件是用户必须知道观测瞬间 GPS 卫星在空间的位置。由于不同的用户将在不同的时间对不同的卫星进行观测，所以实际上是要求知道所有的 GPS 卫星在任一时刻的位置。上述要求是在全球定位系统的地面控制部分的支持下得以满足的。全球定位系统的地面控制部分是由一个主控站（位于美国科罗拉多州），三个注入站（分别位于太平洋的卡瓦加兰岛，印度洋的狄哥·伽西亚和大西洋的阿松森岛上），5 个监测站（除位于上述 4 地外，再加上夏威夷群岛）以及通讯辅助系统组成的。

监测站是无人值守的 GPS 卫星跟踪站，其站坐标已精确测定。每个监测站内均配备有双频 GPS 接收机、气象元素传感器、原子钟和微机。以原子钟作为频率标准的 GPS 接收机在微机控制下对视场中的所有 GPS 卫星进行伪距测量。为了对观测值进行对流层延迟改正，气象元素传感器还可自动采集当地的温度、气压和相对湿度。在微机控制下监测站能对伪距观测值进行各项改正，并对观测资料进行编辑、平滑和压缩，并通过通讯系统将资料送往主控站。主控站对各监测站送来的观测资料进行处理，以计算每个卫星的运行轨道以及卫星钟的改正参数，并外推出未来 26 小时的卫星轨道和卫星钟参数，然后按规定格式编制成卫星导航电文送往注入站，再通过各注入站将它们送往每个卫星，寄存在卫星的内存中，卫星则将导航电文调制在测距码和载波上，按时播发给用户。用户用相关法进行伪距测量时，可同时获得卫星星历，经简单计算后，即可求得该时刻卫星在空间的位置。

用户接收机部分由主机、电源和天线组成。主机的核心为微电脑、石英振荡器，还有相应的输入输出设备和接口。在专用软件控制下主机进行作业卫星选择、数据采集、加工、传输、处理和存储，对整个设备系统状态进行检查、报警和部分非致命故障的排除，承担整个接收系统的自动管理。天线通常采用全方位型的，以便采集来自各个方位任意高度角的卫星信号。