[科普中国]-GPS地面控制段

GPS地面控制段（GPS ground control segment）指GPS的地面监测和控制系统，它包括主控站、卫星监测站和上行信息注入站（又称地面天线）以及把它们联系起来的数据通信网络。

简介GPS地面控制段（GPS ground control segment）指GPS的地面监测和控制系统，它包括主控站、卫星监测站和上行信息注入站（又称地面天线）以及把它们联系起来的数据通信网络1。

全球导航定位系统全球导航定位系统（GPS）是由美国建设和管理的覆盖全球的卫星导航定位系统。GPS 全球定位系统由空间段（SS）、地面控制段（CS）以及用户段（US）三个独立的部分组成，简单说，就是天上飞的卫星、地面的控制站以及手里拿的导航仪2。

地面的控制站地面的控制站由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入导航信息)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成3。

运控系统GPS地面控制段又称运控系统（OCS），由遍布全世界的地面站组成，由一个位于美国范登堡空军基地的主控站（MCS），5个分别位于夏威夷岛、范登堡空军基地、阿森松岛、迭戈加西亚岛以及夸贾林岛的监控站，以及3个用于给在轨卫星上传信息的大型地面天线站组成2。

主要作用地面控制段主要是收集在轨卫星运行数据，计算导航信息，诊断系统状态，调度卫星。卫星上的各种仪器设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面控制部分另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准，即GPS时，这就需要地面站监测各颗卫星的星载原子钟信息，求出钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。地面控制段可以出于美国国家政治、军事和安全考虑而有意干扰导航信号从而降低特定区域的定位精度。

主控站主控站（MCS）拥有以大型计算机为主体的数据收集、计算、传输、诊断等设备，对地面监控系统实行全面控制，主要任务是收集并处理各监测站对GPS卫星的全部观测数据，包括各监测站测得的距离和距离差、气象要素、卫星时钟和工作状况的数据，监测站自身的状态数据等，根据收集的数据及时计算每颗GPS卫星的星历，时钟改正值，状态数据以及信号的大气传播改正，并按一定格式编制成导航电文，传送到注入站。

监控站监控站监控整个地面监控系统是否工作正常，检验注入卫星的导航电文是否正确，监测卫星是否将导航电文发出；调度备用卫星替代失效的工作卫星，将偏离轨道的卫星“拉回”到正常轨道位置。监控站是为主控站编算导航电文提供观测数据，每个监测站均用GPS信号接收机测量每颗可见卫星的伪距和距离差，采集气象要素等数据，并将它们发送给主控站。监控站安装有高精度原子钟、高精度GPS用户接收机，收集当地气象数据，同时对接收到的卫星系统相关数据进行初步处理并将这些数据传送至主控站。

注入站范登堡空军基地监控站同时具有信息上注功能，又称注入站，它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星，每天对每颗GPS卫星离开注入站作用范围之前进行最后的信息注入1。

主要任务简而言之，GPS全球定位系统地面控制部分的主要任务有以下五点：

(1)监控导航卫星飞行轨迹同时外推算卫星的轨道数据（星历）；

(2)监测卫星原子钟时间的同时预测星钟的状态（钟差）；

(3)同步星载原子钟与地面运控系统原子钟的时间；

(4)注入导航数据及运控指令到卫星；

(5)转发导航卫星导航电文，包括卫星健康状态信息等3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所