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電磁波傳播與GPS衛星信號

第一節電磁波的基本知識

1、參數

週期T、頻率f、速度v、波長λ、相位φ及其相互關係：T=1/f，λ=T.v，φ=2πft。

2、電磁波普

1）全普與窗口

2）衛星大地測量常用普

全普與窗口

衛星定位常用波普

符號

頻率GHz

平均波長（cm）

P

0.22~0.30

115

L

1~2

20

S

2~4

10

C

4~8

5

X

8~12.5

3

第二節大氣層對電磁波傳播的影響

一、大氣結構及性質

對流層：40km以下，冷熱、雨雪風、水蒸氣。屬非彌散介質。

電離層：70km以上，空氣分子以帶電粒子的形式存在，屬彌散介質，對電磁波傳播影響顯著，折射率主要取決於帶電子數的多少和電磁波頻率的高低。

折射數——N0=(n-1)×106。

對流層與電離層比較

對流層 電離層

H越大，t越低 H越大，t越高

與氣象有關 與氣象無關

與f無關 與f有關

n1 n1

電離層對不同頻率電磁波折射

二、電離層影響及對策

1、電離層影響：

dion=-c40.28NΣ/f2

NΣ——斷面為1m2傳播路徑上的電子數總合。

若NΣ=5×1017，而f1=1.57542GHz,f2=1.22760GHz

dion1=8.11m，dion2=-13.36m。

2、對策：

1）雙頻觀測；

2）利用電離層模型改正（是否改正取決於數據處理軟體）；

3）同步觀測求差（相對定位或差分定位）。

4）載波相位觀測與碼相位觀測取平均。

3、影響帶電離子密度的因素

電離層高度，200~400km時密度最大；

地方時，白天是晚上的5倍，地方時11時最大；

季節，夏天是冬天的4倍；

測站緯度，赤道最高，南北極最低；

年份，太陽黑子活動週期為11年，最高年份可達1016/m2,最低年份近於零。58，69，80，91，02年最高。

三、對流層影響及對策

與電磁波頻率無關，與傳播路徑上的大氣狀況、大氣壓、溫度、高程、高度角等有關。

減弱措施：

1）模型改正；

2）作為未知數求解；

3）同步觀測值求差；

4）用水汽輻射計求路徑折射率。

第三節GPS衛星的測距碼信號

一、GPS衛星信號概述

載波信號：

L11.57542GHz。

L21.22760GHz。

測距碼信號：C/A碼，P碼。

數據碼信號：導航電文。

二、碼的概念及其產生

1）碼的基本概念

碼——表達不同資訊的二進位數及其組合。（波形與序列見下一幻燈片。）

碼元——一位二進位數叫一個碼元。

編碼——用二進位數表示資訊的過程。

資訊量——某種事物有2r種類型，可用r位二進位數表示，即含有r比特的資訊量。

資訊的傳輸速度——單位時間內傳輸的比特數。

碼元寬度——傳輸一個碼元所用時間。

碼元、資訊的傳播速度、碼元寬度三概念應牢固掌握

符號與波形

名稱

二進位序列

符號序列

1110

信號電位

-1-1-11

信號波形

模二加法：

二進位碼的模二加法等價於電位的乘法。

碼序列——將r比特的二進位數看作是由0、1組成的序列。

2）隨機碼——在一個碼序列中，0和1出現的概率相等，而某一碼元是0或是1卻是隨機的，事先無法確定的，這樣的碼序列叫隨機碼。

隨機碼特點：非週期性序列；自相關性好；無法複製。

自相關性用自相關係數表示，

自相關係數——將U（t）平移k個碼元，平移後與平移前兩序列相同碼元個