GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號

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1、第四章GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號§4.1GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文§4.2GPS衛(wèi)星信號§4.3GPS衛(wèi)星位置的計(jì)算§4.4GPS接收機(jī)基本工作原理4.1GPS衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文內(nèi)容：衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正、衛(wèi)星鐘參數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)信息及其它信息。數(shù)據(jù)碼§4.2GPS信號4.2.1概述GPS信號的組成GPS信號的產(chǎn)生GPS信號的調(diào)制4.2.2偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生及特性4.2.3載波、C/A碼、P碼4.2.2碼、隨機(jī)噪聲碼和偽隨機(jī)噪聲碼碼：表達(dá)信息的二進(jìn)制數(shù)及其組合。隨機(jī)噪聲碼：每一時(shí)刻，碼元是0或是1完全是隨機(jī)的一組碼序列，這種碼元幅值是完全無規(guī)律的碼序列，

2、稱為隨機(jī)噪聲碼序列。特性：它是一種非周期序列，無法復(fù)制。但是，隨機(jī)噪聲碼序列卻有良好的自相關(guān)性，GPS碼信號測距就是利用了GPS測距碼的良好的自相關(guān)性才獲得成功。自相關(guān)性自相關(guān)性是指兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的碼序列的相關(guān)程度，它由自相關(guān)函數(shù)描述。自相關(guān)函數(shù)：１１１１０００１００１１０１０１１１１１１１０００１００１１０１０1110１１１１０００１００１１０１０11偽隨機(jī)噪聲碼(PseudoRandomNoise-PRN)偽隨機(jī)噪聲碼PRN的產(chǎn)生偽隨機(jī)噪聲碼PRN由多級反饋移位寄存器產(chǎn)生。這種移位寄存器由一組連接在一起的存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元只有“0”或“1”兩種狀態(tài)，

3、并接受鐘脈沖和置“1”脈沖的驅(qū)動(dòng)和控制。4.2.1GPS信號概述GPS衛(wèi)星信號（續(xù)）GPS衛(wèi)星信號的組成部分載波（Carrier）L1L2電離層延遲誤差測距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文（D碼）GPS衛(wèi)星信號的生成關(guān)鍵設(shè)備–原子鐘衛(wèi)星信號導(dǎo)航電文星歷GPS信號的產(chǎn)生由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻載波作用搭載其它調(diào)制信號測距測定多普勒頻移類型目前L1–頻率：154?f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2

4、–頻率：120?f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115?f0=1176.45MHz；波長：25.48cm衛(wèi)星信號的調(diào)制在數(shù)字通訊技術(shù)中，為了有效地傳播信息，一般均將低頻信號加載到高頻的載波上，這時(shí)原低頻信號稱為調(diào)制信號，而加載信號后的載波就稱為已調(diào)波。GPS信號調(diào)制，是采用調(diào)相技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)制定義：數(shù)據(jù)碼和測距碼組合碼放到載波上，載波攜帶著有用信號傳上去。（頻率變大）組合碼P-D,C/A-D衛(wèi)星信號的調(diào)制①模二和--運(yùn)算規(guī)則--二進(jìn)制信號：“+1”表示二進(jìn)制“0”，“-1”表示二進(jìn)制“1”，則信號序列01信號波形+1-1

5、衛(wèi)星信號的調(diào)制②二進(jìn)制信號的相位調(diào)制調(diào)相PM衛(wèi)星信號的調(diào)制③GPS衛(wèi)星信號的調(diào)制原理AP、BP：調(diào)制在L1、L2上的P碼振幅AC：調(diào)制在L1上的C/A碼振幅為P碼、數(shù)據(jù)碼、C/A碼的狀態(tài)碼：衛(wèi)星編號GPS衛(wèi)星信號的調(diào)制與解調(diào)１、調(diào)制調(diào)制就是在載波上加上信號碼，方法是用調(diào)相技術(shù)將信號調(diào)制到載波上。二進(jìn)制碼（電位）1(-1)0(1)載波相位改變180°不變2、解調(diào)解調(diào)就是去掉二進(jìn)制碼，只留下載波。4.2.3載波作用搭載其它調(diào)制信號測距測定多普勒頻移類型目前L1–頻率：154?f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–頻率：120?f0=1227.60M

6、Hz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115?f0=1176.45MHz；波長：25.48cm載波特點(diǎn)所選擇的頻率有利于測定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號所受的電離層折射影響選擇兩個(gè)頻率可以較好地消除信號的電離層折射延遲（電離層折射延遲于信號的頻率有關(guān)）優(yōu)點(diǎn)減少擁擠，避免“撞車”適應(yīng)擴(kuò)頻，傳送載波先將帶有導(dǎo)航信息的編碼脈沖D（t）調(diào)制到偽碼（C/A，P碼上）；然后對L波段的載波L1，L2進(jìn)行調(diào)制），L2只調(diào)P碼，L1C/A，P碼GPS衛(wèi)星信號構(gòu)成示意圖載波相位測量原理載波精度L1頻率：1575.42MHz。波長：19.03cm。測距精度：19

7、.03cm/100=1.9mm。L2頻率：1227.60MHz。波長：24.42cm測距精度：24.42cm/100=2.4mm。4.2.3GPS測距碼測距碼類型目前C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–粗碼/捕獲碼；碼率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含碼元數(shù)：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）–精碼；碼率：10.23MHz；周期：7天；1周期含碼元數(shù)：6187104000000；碼元寬度：29.30m；被調(diào)制在L1和L2上現(xiàn)代化后在L2上調(diào)制C/A碼在L1和L2增加調(diào)制M碼碼

8、相關(guān)偽距測量原理（1）衛(wèi)星依據(jù)自己時(shí)鐘