gps衛(wèi)星的測距碼信號和gps衛(wèi)星的導(dǎo)航電

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1、GPS衛(wèi)星的測距碼信號和GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文學(xué)習(xí)指南在這一章節(jié)中，主要講述了GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成，簡單地介紹了GPS衛(wèi)星信號、GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星運動理論基礎(chǔ)。重點介紹了GPS衛(wèi)星信號特點及其應(yīng)用。對本章的學(xué)習(xí)要重點突出GPS系統(tǒng)的組成、GPS衛(wèi)星信號的應(yīng)用，理解和掌握GPS衛(wèi)星位置計算的各項參數(shù)物理意義和幾何特點。本單元教學(xué)重點和難點1、GPS編碼的方法；2、導(dǎo)航電文的格式和內(nèi)容。教學(xué)目標1、了解GPS衛(wèi)星信號的作用；2、熟悉GPS編碼的方法；3、熟悉導(dǎo)航電文的格式；4、熟悉導(dǎo)航電文的內(nèi)容。一、GPS衛(wèi)星信號1GPS衛(wèi)星信號構(gòu)成及產(chǎn)生GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號由載波、測距碼和導(dǎo)航電文三

2、部分組成。如圖2—5所示：1.1載波L1、、L1由衛(wèi)星上的原于鐘所產(chǎn)生的基準頻率f0＝1.023MHz倍頻154倍和120倍產(chǎn)生。1.2測距碼1.2.1C/A碼C/A碼又稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1.023MHz的偽隨機噪聲碼（PRN碼），由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的基準頻率f0降頻10倍產(chǎn)生，即：fC/A＝f0／10＝1.023MHz。由于每顆衛(wèi)星的C/A碼都不一樣，因此，我們經(jīng)常用它們的PRN號來區(qū)分它們。C/A碼是普通用戶用以測定測站到衛(wèi)星間的距離的一種主要的信號。1.2.1P碼P碼又被稱為精碼，它被調(diào)制在L1和L2載波上，是10.23MHz的偽隨機噪聲碼，直接使用由衛(wèi)星上的

3、原于鐘所產(chǎn)生的基準頻率，即：fp＝f0＝1.023MHz，其周期為七天。在實施AS時，P碼與W碼進行模二相加生成保密的Y碼，此時，一般用戶無法利用P碼來進行導(dǎo)航定位。1.2.1L2C碼L2C碼稱為城市碼，它被調(diào)制在L2載波上，L2C信號包括2個PRN碼:即CM碼和CL碼。2005年9月23日第一顆具有廣播L2C信號功能的GPS衛(wèi)星SLC-17A從CapeCanaveral,Florida（佛羅里達）發(fā)射升空。L2碼同樣可以提供高質(zhì)量(低相噪，高靈敏度)的數(shù)據(jù)來進行導(dǎo)航定位。1.3導(dǎo)航電文導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS32衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)和其它一些

4、系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來計算某一時刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。圖2—5GPS衛(wèi)星信號構(gòu)成及產(chǎn)生2GPS的測距碼信號測距碼是用于測定從衛(wèi)星至接收機間距離的二進制碼，如圖2—5所示。GPS衛(wèi)星中所用的測距碼從性質(zhì)上講屬于偽隨機噪聲碼。它們看似一組取值(0或1)完全無規(guī)律的隨機噪聲碼序列，其實是具有確定編碼規(guī)則編排起來的、可以復(fù)制的周期性的二進制序列，且具有類似于隨機噪聲碼的自相關(guān)性特性，結(jié)構(gòu)相同的隨機碼序列通過平移碼元數(shù)，相應(yīng)的碼元相互對齊，易于測量。測距碼是由若干個多級反饋移位寄存器所產(chǎn)生的m序列經(jīng)平移、截短、求模二和等一系列復(fù)雜處理后形成的。根據(jù)

5、性質(zhì)和用途的不同，在GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號中包含了C／A和P（Y）碼兩種偽隨機噪聲碼信號，各衛(wèi)星所用的測距碼互不相同。下面將分別介紹其特點及作用。圖2-6C／A碼、P碼的特點2.1C／A碼(Coarse／AcquisitionCode)用于進行粗略測距和捕獲精碼的測距碼稱為粗碼，也稱捕獲碼。C／A碼的測距精度一段為±(2-3)m。C／A碼是一種結(jié)構(gòu)公開的明碼，供全世界所有的用戶免費使用。C／A碼的特征是：碼長Nu＝210-1=1023bit；碼元寬度tu?0.97752us，相應(yīng)長度293.1m;周期Tu＝Nu·tu=1ms；數(shù)碼率BPS＝1.023Mbit／s，如圖2-7所示。GPS

6、星座中的不同衛(wèi)星使用結(jié)構(gòu)各異的C／A碼。這樣既便于復(fù)制又易于區(qū)分。C／A碼具有的特性：①由于C／A碼的碼長較短（周期<1ms），在GPS導(dǎo)航和定位中，為了捕獲C／A碼以測定衛(wèi)星信號傳播的時間延遲，通常對C／A碼金行逐個搜索，而C／A碼總共只有1023個碼元，若以每秒50碼元的速度搜索，僅需約20.5s便可完成，易于捕獲。而通過捕獲C／A碼所得到的衛(wèi)星提供的導(dǎo)航電文信息，又可以方便地捕獲P碼，所以，通常稱C／A為捕獲碼。32②C／A碼的碼元寬度t0=1/f=0.97752μs(碼元持續(xù)時間)，空間矢距：L=293.1m(碼元持續(xù)時間與c乘積)較大。若兩個序列的碼元相關(guān)誤差為碼元寬度的l／10

7、—1／100，則此時所對應(yīng)的測距誤差可達29.3—2.9m。由于其精度較低，所以稱C／A碼為粗捕獲碼。2.2P碼(PrecisionCode)用于精確測定從GPS衛(wèi)星至接收機距離的測距碼稱為精碼。該測距碼又同時調(diào)制在L1和L2兩個載波上，可較完善地消除電離層延遲，故用它來測距可獲得較精確的結(jié)果。P碼是一種結(jié)構(gòu)保密的軍用碼。目前，美國政府不提供一般GPS民用用戶使用。P碼的特征是：碼長Nu=2.35×1014bit；碼元寬