3.GPS信号与接收机解析.ppt

GPS信号与接收机 GPS卫星信号结构 GPS卫星导航电文 GPS卫星位置和速度计算 GPS接收机 GPS卫星信号结构 GPS卫星信号的组成部分 载波（Carrier） L1 L2 测距码（Ranging Code） C/A码（目前只被调制在L1上） P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） 卫星（导航）电文（Message） GPS卫星信号的生成 关键设备 – 原子钟 GPS卫星的基准频率 f0 由卫星上的原子钟直接产生 频率为10.23MHz 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频 GPS卫星信号的载波和调制 GPS信号时域表示 SiL1(t)＝APPi(t)Di(t)cos(ω1t＋ψ1i)＋ AcCi(t)Di(t)sin(ω1t＋ψ1i) SiL2(t)＝BPPi(t)Di(t)cos(ω2t＋ψ2i) 载波① 作用 搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移 类型 目前 L1 – 频率： 154?f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm L2 – 频率： 120?f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm 现代化后 增加L5 – 频率：115?f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm 载波② 特点 所选择的频率有利于测定多普勒频移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关） 测距码① 作用 测距 编码增益，抗干扰 性质 伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise） 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数） 对齐的同一组码间的相关系数为1 测距码② 类型 目前 C/A码（Coarse/Acquisition Code） – 粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上 P（Y）码（Precise Code） – 精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上 现代化后 在L2上调制C/A码 在L1和L2增加调制M码 现代化GPS信号结构 卫星信号的调制① 模二和 逻辑上：异或运算 双极性乘法运算：“1”表示二进制“0”， “-1”表示二进制“1” 卫星信号的调制② 二进制信号的相位调制 卫星信号的调制③ SiL1(t)＝AC(Pi(t) ⊕Di(t))sin(ωL1t＋ψ1)＋Ac(Ci(t) ⊕ Di(t))cos(ωL1t＋ψ1) SiL2(t)＝AP(Pi(t) ⊕ Di(t))sin(ωL2t＋ψ2) AP、AC分别为载波L1(1575.42MHz)和载波L2(1227.6 MHz)的振幅； Pi(t) 、Ci(t)和Di(t)分别为第i颗GPS的P码、C/A码和D码； ωL1、ωL2分别为载L1、L2的角频率； ψ1、ψ2分别为第i颗GPS卫星的载波L1、L2的初相。 SiL1(t)、 SiL2(t) 共用天馈发射 卫星信号的解调 （2）平方解调技术： 将接收到的卫星信号进行平方，由于处于+1、-1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可达到解调目的。 采用这种方法，可不必知道调制码的结构，但平方解调后，不仅去掉了卫星信号中的测距码，而且也同时去掉了导航电文。 GPS伪随机码 GPS的测距码 GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码），均属于伪随机码。 C/A码： GOLD（哥尔德）码，是由两个10级反馈移位寄存器组合（模2和）而产生。 P码产生的原理与C/A码相似，但更复杂。 ①码周期很长，不易破译，利于必威体育官网网址。 ②每个卫星独用一个时区，可充分利用复合码自相关特性。 ③可进行无模糊测距。 缺点： 码很长，不易捕获，从而需利用C/A码进行捕获。 C/A码与P码同步采用同一基准时钟，还在P码的每个历元时刻（初始时刻）使C/A码的两组移位寄存器全置1。 采用统一时钟的优点还在于在捕获C/A码基础上便于捕获P码。 导航电文的格式 主要内容包括：标识码，时延差改正；星期序号；卫星健康状况；数据龄期；卫星时钟改正系数等 L2所调制测距码标识符 – “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码 星钟数据龄期AODC：时钟改正数的外推时间间隔，指明卫星时钟改正数的置信度。 星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂） 第二数据块 第2、3子帧的第3~10个字 表示GPS卫星的星历，为用户提供了和计算卫星运动的信息，描述卫星运行及轨道的参数 发送该信号卫星的星历 － 广播