通信原理研讨.doc

扩频通信原理在GPS中的应用 目录 1全球定位系统的原理及组成 2 1.1 基本原理 2 1.2 GPS 的组成 3 1.2.1 GPS 空间部分 3 1.2.2 地基监控站地基部分 3 1.2.3 GPS 用户接收机 4 2 GPS 信号结构 4 2.1 GPS 传输信号分类 4 2.2 GPS 信号结构 5 3扩频通信的基本原理 7 3.1扩频通信的基本概念 7 3.2常用的扩频系统的工作方式 10 3.2.1直接序列扩频 11 3.2.2跳频工作方式 11 4扩频通信在GPS中的应用 11 5　扩频信号的MATLAB仿真 12 5.1 Simulik简介 12 5.2 模型建立及主要模块设计 13 5.3 几点说明 14 5.4　仿真结果分析 15 5.4.1 仿真系统运行情况分析 15 5.4.2 扩频增益与输出端信噪比的关系 16 5.5 BPSK的matlab仿真 16 参考文献 21 1全球定位系统的原理及组成 1.1 基本原理 GPS 系统是由美国国防部的陆海空三军在70年代联合研制的新型卫星导航系统，它的英文名称是“ Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Positioning System” 其意为“卫星测时测距导航、全球定位系统”，简称 GPS 系统。 该系统是以卫星为基础的无线电导航位系统，具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS的定位原理实质上就是测量学的空间测距定位，利用在平均20200km 高空均匀分布在6个轨道上的24颗卫星，发射测距信号码和载波，用户通过接收机接收这些信号，测量卫星至接收机之间的距离，通过一系列方程演算，便可知地面点位坐标。 1.2 GPS 的组成 GPS 由三部分组成 GPS 空间部分 地基监控站和 GPS 用户接收机部分。 1.2.1 GPS 空间部分 GPS 空间部分由24颗分布在6个等间隔轨道上的卫星组成。卫星分布可保证全球任何地区，任何时刻都不少于4颗卫星供观测。24颗卫星中3颗做为备份，每个轨道平面上有4颗卫星，它们按与地球成55°的相同方向运行，空间间隔约为90°。这些卫星工作在 2 种频率下：1575.42MHz 和 1227.6MHz。通过测量这些卫星到达的时间用户可以用4颗卫星确定4个导航参数，纬度、经度、高度和时间。每个 GPS 卫星都对应一组编号，它们有多种编号 。一般采用 PRN（卫星所采用的伪随机噪声码）编号。GPS定位精度高低关键在于高稳定度的频率标准，为此，每颗 GPS 卫星都设有两台铷原子钟和两台铯原子钟。 1.2.2 地基监控站地基部分 地基监控站由一个主控站和四个监察院控站组成。主控站设置在美国大陆，四个监控站分别设在大西洋、太平洋和印度洋诉岛屿上用户接收机部分。 1.2.3 GPS 用户接收机 用户接收机通过接收多颗卫星的信号来解算出自身的位置，以实现定位和导航。GPS 接收机按使用环境可分为中、低动态接收机和高动态接收机 按所收信号可分为单频 C/A 码接收机和双频 P 码和 Y码接收。GPS 接收机可以捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 GPS 信号进行变换、放大和处理。以便测量出 GPS 信号从卫星到接收机天线的传播时间。解译出 GPS 卫星所发送的导航电文、实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 1.2地面监控系统框图 2 GPS 信号结构 2.1 GPS 传输信号分类 被传输的信号包含四种不同的信息: 第一种是频率为 10.23MHz 的军用 P 码。美国政府禁止把该码提供给民用，用户 P 码接收机价格昂贵，但有三个优点：（1）它能利用另一个L波段通道 1227.6MHz 补偿电离层折射误差，因为信号通过电离层折射变慢且这种变化是大气环境及时间的函数，若知道两个频率的延迟时间就能对电离层折射引起的误差进行修正。（2）码速高，将使精度提高2倍左右。（3）在噪声环境中仍有良好性能，适于军用。 第二种是 C/A 码，频率为 1.023MHz ，用户用该码可以得到基本的定位信息。 第三种信息是一种调制在同一载波上的 50 位/秒的低频数据信号。利用此信息用户可以计算出当卫星发射用于测量距离的信号时卫星所在的位置。每颗卫星约每小时必须对该信息更新一次，获取此信息需要 30 秒到 40秒的时间。最后是载波相位信息，可以用来进行精确的大地测量和其它测量应用，利用载波频