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《第4章GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、GPS測量原理及應(yīng)用石雙忠徐州師范大學(xué)測繪學(xué)院第四章GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和衛(wèi)星信號內(nèi)容提要GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文GPS衛(wèi)星信號GPS衛(wèi)星位置的計算GPS接收機(jī)基本工作原理§4.1GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文§4.2GPS衛(wèi)星信號4.2.1概述載波：L1，λ1=19.032cmL2，λ2=24.42cm測距碼：C/A碼（粗碼）P碼（精碼）數(shù)據(jù)碼：導(dǎo)航電文顯然在L1中包含P碼、D碼、C/A碼在L2中包含P碼和D碼衛(wèi)星時鐘基本頻率是：10.23MHZ所有的信號由此時鐘控頻率制下產(chǎn)生4.2.2偽隨機(jī)噪聲碼的產(chǎn)生及特性用來表
2、達(dá)某種信息的二進(jìn)制數(shù)的組合，是一組二進(jìn)制的數(shù)碼組合?？梢员硎境梢?和1為幅度的時間的函數(shù)。碼元幅度的取值完全無規(guī)律的碼序列。即一組碼序列u(t)，對某一時刻來說，碼元是0或1完全是隨機(jī)的，其出現(xiàn)的概率均為1/2。隨機(jī)碼的特性：自相關(guān)性特別好，用自相關(guān)系數(shù)表示自相關(guān)系數(shù)：將隨機(jī)序列u(t)平移k個碼元，得到一個新序列u’(t)，如果兩隨機(jī)序列對應(yīng)的碼元中，相同的碼元數(shù)為An，相異的碼元數(shù)為Bn，則碼：隨機(jī)碼：所謂自相關(guān)性好就是：當(dāng)k=0時，R(t)=1，當(dāng)k≠0時，R(t)=0因此可以用自相關(guān)系數(shù)來判斷兩個
3、序列的對齊程度偽噪聲嗎，簡稱PRN(PseudoRandomNoise)表述形式：信號波形x(t)、信號序列{x}，如圖模二和的運(yùn)算規(guī)則：偽隨機(jī)碼：m序列的產(chǎn)生——偽隨機(jī)碼最長線性移位寄存器(抽頭式反饋移位器)四級D觸發(fā)器所謂“移位”就是在脈沖的作用下，xi的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到xi-1處。名稱狀態(tài)觸發(fā)器1觸發(fā)器2觸發(fā)器3觸發(fā)器41111000100110101111000100110101111000100110101111000100110101111{x5}0001001101011110{x1}111100
4、0100110101m序列的突出特點(diǎn)：良好的相關(guān)性自相關(guān)系數(shù)：n為移位寄存器的級數(shù)自相關(guān)圖：由此可以看出，m序列的自相關(guān)只有兩種取值1或-1/m，這一特性非常重要，GPS信號接收機(jī)就是利用這一特性使所接收的偽噪聲嗎和機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的偽噪聲嗎達(dá)到同步對齊，以測量距離，同時捕獲和識別來自不同GPS衛(wèi)星的偽噪聲碼，解譯出他們所傳送的導(dǎo)航電文。4.2.3粗碼C/A碼碼長：N=210-1=1023bit，碼元寬：0.98μs，相當(dāng)于293.1m，周期：1ms共有1025種，從中選擇32個以PRN1，PRN2，…，PRN3
5、2命名也叫捕獲碼，偽距測量的誤差為29.3-2.93m，所以叫粗碼C/A碼的作用:衛(wèi)星識別碼,捕獲碼,測距4.2.4精碼P（y）碼碼率：10.23MHZ碼長：2.35×1014，相當(dāng)于267天，38周,共37種P碼碼元寬度：0.098μs，相當(dāng)于29.3m測距誤差：2.93-0.293m，比C/A精度高，所以叫精碼每種碼截取7天周期長的部分，分配到32個衛(wèi)星上和5個地面站上，叫做碼分多址（CDMA）接收機(jī)先捕獲到C/A碼，然后根據(jù)導(dǎo)航電文中的轉(zhuǎn)換碼，再獲取P碼P碼是美國軍方專用的，從1994年1月31日起
6、實(shí)施AS政策，在P碼上增加一個極度保密的W碼，形成新的Y碼，絕對禁止非特許用戶使用，因此，我們的接收機(jī)即使能接收到P碼，也不是原來意義上的精碼。P碼的作用:衛(wèi)星識別碼,測距.觀測值文件§4.3GPS衛(wèi)星位置的計算1.計算衛(wèi)星運(yùn)行的平均角速度μ為WGS-84坐標(biāo)系中的地球引力常數(shù)，且μ=3.986005×1014m3/s22.計算歸化時間3.觀測時刻衛(wèi)星平近點(diǎn)角Mk的計算4.計算偏近點(diǎn)角5.真近點(diǎn)角Vk的計算6.升交距Φk的計算7.攝動改正項(xiàng)δu，δr，δi的計算8.計算經(jīng)過攝動改正的升交距角uk、衛(wèi)星矢徑
7、rk和軌道傾角ik9.計算衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)的坐標(biāo)10.觀測時刻升交點(diǎn)經(jīng)度Ωk的計算11.計算衛(wèi)星在地心固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)12.衛(wèi)星在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計算表中給出1997年11月9日2時0秒GPS6號衛(wèi)星的位置計算結(jié)果，星歷數(shù)據(jù)在前面。§4.4GPS接收機(jī)基本工作原理4.4.1GPS接收機(jī)的分類按用途導(dǎo)航型測地型授時型車載型航海型航空型星載型按頻率單頻雙頻按通道個數(shù)多通道序貫通道多路多用通道按工作原理碼相關(guān)型平方型混合型干涉型4.4.2GPS接收機(jī)的組成及工作原理作用：將GPS衛(wèi)星信號的極微弱的電磁波
8、能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流，而前置放大器則是將GPS信號電流予以放大。要求：防止多路徑效應(yīng)、相位中心保持穩(wěn)定，并與幾何中心盡量一致。類型：單板天線、四螺旋形天線、微帶天線、錐形天線1.GPS接收機(jī)天線2.接收機(jī)主機(jī)（1）變頻器及中頻放大器：（2）信號通道：搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星；解碼廣播電文；偽距測量、載波相位測量、多普勒頻移測量；（3）存儲器：（4）微處理器：自檢；搜索衛(wèi)星，捕獲衛(wèi)星，對信號進(jìn)行跟蹤和牽引，將基準(zhǔn)信號譯碼為衛(wèi)星星歷
