gps衛(wèi)星的測(cè)距碼信號(hào)和gps衛(wèi)星的導(dǎo)航電文

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1、GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼信號(hào)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(jiǎn)單地介紹了GPS衛(wèi)星信號(hào)、GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ)。重點(diǎn)介紹了GPS衛(wèi)星信號(hào)特點(diǎn)及其應(yīng)用。對(duì)本章的學(xué)習(xí)要重點(diǎn)突出GPS系統(tǒng)的組成、GPS衛(wèi)星信號(hào)的應(yīng)用，理解和掌握GPS衛(wèi)星位置計(jì)算的各項(xiàng)參數(shù)物理意義和幾何特點(diǎn)。本單元教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)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(biāo)1、了解GPS衛(wèi)星信號(hào)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(hào)1GP

2、S衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成及產(chǎn)生GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文三部分組成。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(zhǔn)頻率f0＝1.023MHz倍頻154倍和120倍產(chǎn)生。1.2測(cè)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(jī)噪聲碼（PRN碼），由衛(wèi)星上的原子鐘所產(chǎn)生的基準(zhǔn)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(hào)來(lái)區(qū)分它們。C/A碼是普通用戶用以測(cè)定測(cè)站到衛(wèi)星間的距

3、離的一種主要的信號(hào)。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(jī)噪聲碼，直接使用由衛(wèi)星上的原于鐘所產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率，即：fp＝f0＝1.023MHz，其周期為七天。在實(shí)施AS時(shí)，P碼與W碼進(jìn)行模二相加生成保密的Y碼，此時(shí)，一般用戶無(wú)法利用P碼來(lái)進(jìn)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(hào)包括2個(gè)PRN碼:即CM碼和CL碼。2005年9月23日第一顆具有廣播L2C信號(hào)功能的GPS衛(wèi)星SLC-17A從CapeCanaveral,Florida（佛羅里

4、達(dá)）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(lái)進(jìn)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(hào)頻率為50Hz，包含有GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改18正數(shù)和其它一些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來(lái)計(jì)算某一時(shí)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(hào)構(gòu)成及產(chǎn)生2GPS的測(cè)距碼信號(hào)測(cè)距碼是用于測(cè)定從衛(wèi)星至接收機(jī)間距離的二進(jìn)制碼，如圖2—5所示。GPS衛(wèi)星中所用的測(cè)距碼從性質(zhì)上講屬于偽隨機(jī)噪聲碼。它們看似一組取值(0或1)完全無(wú)規(guī)律的隨機(jī)噪聲碼序列，其實(shí)

5、是具有確定編碼規(guī)則編排起來(lái)的、可以復(fù)制的周期性的二進(jìn)制序列，且具有類似于隨機(jī)噪聲碼的自相關(guān)性特性，結(jié)構(gòu)相同的隨機(jī)碼序列u(t)?通過(guò)平移碼元數(shù)，相應(yīng)的碼元相互對(duì)齊，易于測(cè)量。測(cè)距碼是由若干個(gè)多級(jí)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)性質(zhì)和用途的不同，在GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)中包含了C／A和P（Y）碼兩種偽隨機(jī)噪聲碼信號(hào)，各衛(wèi)星所用的測(cè)距碼互不相同。下面將分別介紹其特點(diǎn)及作用。圖2-6C／A碼、P碼的特點(diǎn)2.1C／A碼(Coarse／AcquisitionCode)用于進(jìn)行粗略測(cè)距

6、和捕獲精碼的測(cè)距碼稱為粗碼，也稱捕獲碼。C／A碼的測(cè)距精度一段為?(2-3)m。C／A碼是一種結(jié)構(gòu)公開(kāi)的明碼，供全世界所有的用戶免費(fèi)使用。C／A碼的特征是：碼長(zhǎng)Nu＝210-1=1023bit；碼元寬度tu?0.97752us，相應(yīng)長(zhǎng)度293.1m;周期Tu＝Nu·tu=1ms；數(shù)碼率BPS＝1.023Mbit／s，如圖2-7所示。GPS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(zhǎng)較短（周期<1ms），在GPS導(dǎo)航和定位中，為了捕獲C／A碼以測(cè)定衛(wèi)星信號(hào)傳播

7、的時(shí)間延遲，通常對(duì)C／A碼金行逐個(gè)搜索，而C／A碼總共只有1023個(gè)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(guò)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。19②C／A碼的碼元寬度t0=1/f=0.97752μs(碼元持續(xù)時(shí)間)，空間矢距：L=293.1m(碼元持續(xù)時(shí)間與c乘積)較大。若兩個(gè)序列的碼元相關(guān)誤差為碼元寬度的l／10—1／100，則此時(shí)所對(duì)應(yīng)的測(cè)距誤差可達(dá)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(Pr

8、ecisionCode)用于精確測(cè)定從GPS衛(wèi)星至接收機(jī)距離的測(cè)距碼稱為精碼。該測(cè)距碼又同時(shí)調(diào)制在L1和L2兩個(gè)載波上，可較完善地消除電離層延遲，故用它來(lái)測(cè)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(guó)政府不提供一般GPS民用用戶使用。P碼的特征是：碼長(zhǎng)Nu=2.35×101