GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)

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1、第四章GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號(hào)§4.1GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文§4.2GPS衛(wèi)星信號(hào)§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(hào)4.2.1概述GPS信號(hào)的組成GPS信號(hào)的產(chǎn)生GPS信號(hào)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(wú)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(wú)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(hào)測(cè)距就是利用了GPS測(cè)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(jí)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(hào)概述GPS衛(wèi)星信號(hào)（續(xù)）GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分載波（Carrier）L1L2電離層延遲誤差測(cè)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(hào)的生成關(guān)鍵設(shè)備–原子鐘衛(wèi)星信號(hào)導(dǎo)航電文星歷GPS信號(hào)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(hào)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(hào)測(cè)距測(cè)定多普勒頻移類(lèi)型目前L1–頻率：154?f0=1575.43MHz；波長(zhǎng)：19.03cmL2

4、–頻率：120?f0=1227.60MHz；波長(zhǎng)：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115?f0=1176.45MHz；波長(zhǎng)：25.48cm衛(wèi)星信號(hào)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(hào)加載到高頻的載波上，這時(shí)原低頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，而加載信號(hào)后的載波就稱為已調(diào)波。GPS信號(hào)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(cè)距碼組合碼放到載波上，載波攜帶著有用信號(hào)傳上去。（頻率變大）組合碼P-D,C/A-D衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制①模二和--運(yùn)算規(guī)則--二進(jìn)制信號(hào)：“+1”表示二進(jìn)制“0”，“-1”表示二進(jìn)制“1”，則信號(hào)序列01信號(hào)波形+1-1

5、衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制②二進(jìn)制信號(hào)的相位調(diào)制調(diào)相PM衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制③GPS衛(wèi)星信號(hào)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(hào)GPS衛(wèi)星信號(hào)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(hào)碼，方法是用調(diào)相技術(shù)將信號(hào)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(hào)測(cè)距測(cè)定多普勒頻移類(lèi)型目前L1–頻率：154?f0=1575.43MHz；波長(zhǎng)：19.03cmL2–頻率：120?f0=1227.60M

6、Hz；波長(zhǎng)：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115?f0=1176.45MHz；波長(zhǎng)：25.48cm載波特點(diǎn)所選擇的頻率有利于測(cè)定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號(hào)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(hào)的電離層折射延遲（電離層折射延遲于信號(hào)的頻率有關(guān)）優(yōu)點(diǎn)減少擁擠，避免“撞車(chē)”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(duì)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(hào)構(gòu)成示意圖載波相位測(cè)量原理載波精度L1頻率：1575.42MHz。波長(zhǎng)：19.03cm。測(cè)距精度：19

7、.03cm/100=1.9mm。L2頻率：1227.60MHz。波長(zhǎng)：24.42cm測(cè)距精度：24.42cm/100=2.4mm。4.2.3GPS測(cè)距碼測(cè)距碼類(lèi)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(cè)量原理（1）衛(wèi)星依據(jù)自己時(shí)鐘