卫星定位原理与应用 第四章.pptVIP

第四章 GPS卫星的导航电文和卫星信号 4.2 GPS卫星信号 4.2.1概述 GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波。包括： 载波信号 测距吗（C/A码，P码） 数据码（卫星电文） 4.2.1概述 注： GPS卫星信号的产生、构成与复制，涉及到现代数字通信理论和技术方面的复杂问题，对于我们来说，可以不去深入研究，但要了解基本概念，有利于理解GPS的定位原理。 4.2.1概述 载波 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 4.2.1概述 载波特点 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） 4.2.1概述 补充：码的概念及特点 在现代数字通信中，广泛使用二进制数（0和1）及其组合，来表示各种信息。表达不同信息的二进制数及其组合，称为码。一位二进制数叫一个码元或一比特。比特为码和信息量的度量单位。 如果将各种信息例如声音、图象和文字等通过量化，并按某种预定规则，表示成二进制数的组合形式，则这一过程称为编码。 在二进制数字化信息的传输中，每秒传输的比特数称为数码率，表示数字化信息的传输速度，单位为bit/s。 4.2.1概述 码及码的特点 （1）二进制数与码 码：用以表示各种不同信息的二进制数及其组合 比特：一个二进制数 数码率：在数字化信息传输中的每秒钟传输的比特数 （2）随机噪声码 随机噪声码：码元的出现无规律，不能复制 测距码 作用 测距 性质 为伪随机噪声码（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 4.2.1概述 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 4.2.1概述 调制：为有效传播信息，将频率较低的信号加载到频率较高的载波上，这个过程即为调制。 然后，载波携带有用信号传送出去，到达用户接收机。 码值为0，相应的码状态为+1； 码值为1，相应的码状态为-1； 载波与相应码状态的相乘便可实现载波的调制。 4.2.2 伪随机噪声码的产生和特征 补充：模二和（模二相加） 运算规则 二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则 4.2.2 伪随机噪声码的产生和特征 补充：随机噪声码 码：二进制的数据序列 可表达为0和1的幅度的时间函数。 设一组码序列u（t），码元0，1完全随机，而概率为1/2。 这种码元幅度的取值完全无规律的码序列，称为随机序列码（随机噪声码）。 4.2.2 伪随机噪声码的产生和特征 随机噪声码：非周期性序列，无法复制。 自相关性 自相关系数 ： R(t)=(A-B)/(A+B) 其中，A为m序列与其j次移位序列一个周期中对应元素相同的数目;B为m序列与其j次移位序列一个周期中对应元素不相同的数目。 当平移码元数j=0时，即B=0，R(t)=1； 当平移码元数j不为0时，若j趋向于无穷，则A约为B，R(t)约为0. 4.2.2 伪随机噪声码的产生和特征 对于GPS信号，卫星发射的是一个随机噪声码序列u(t)，由于传播时间的延迟，使得接收到的u’(t)与u(t)间平移，即相应的码元错开了，因此R(t)约为0；若通过时间延迟器来调整u’(t)，使之与u(t)的码元相互完全对齐，即使得R(t)=1，那么就可以从GPS接收机时间延迟器中，测出卫星到接收机的准确传播时间，从而可准确确定P。 然而， u(t)为非周期的，不服从任何编码规则，实际上无法复制和利用，所以引入伪随机噪声码。 4.2.2 伪随机噪声码的产生和特征 移位寄存器 以四级反馈移位寄存器为例： 假设初始状态为（a3,a2,a1,a0）=(1,0,0,0),每次移