gps卫星信号构成与导航电文.ppt

GPS原理及其应用 第四讲 黄 鹰 第四章 GPS卫星信号的结构与导航电文 载波相位测量 测距方法 双程测距 用于电磁波测距仪 单程测距 用于GPS 测距码测距原理① 距离测定的基本思路 信号（测距码）传播时间的测定 测距码测距原理② 利用测距码测距的必要条件 必须了解测距码的结构 利用测距码进行测距的优点 采用的是CDMA（码分多址）技术 易于捕获微弱的卫星信号 可提高测距精度 便于对系统进行控制和管理（如AS） 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 伪距测量的特点 优点 无模糊度 缺点 精度低 C/A码（Coarse/Acquisition Code） – 粗码/捕获码 码长：Nu=210-1=1023 码元 码元周期 tu≈0.97752μs (相应的码距为293.1m) 周期Tu=1ms 数码率=1.023Mbit/s 码生成：由两个十级反馈移位寄存器的输出信号模二相加而成，G(t)=G1(t) ⊕G2i[t+i(10tu)] 其中i为偏移量，共有1023不同值，仅选择其中36个互异的C/A码。 P（Y）码（Precise Code） – 精码 码长：Nu≈1.35×1014 码元 码元周期 tu≈0.097752μs (相应的码距为29.31m) 周期Tu≈267天 数码率=10.23Mbit/s 码生成：G(t)=G1(t) ⊕G2i[t+itu)] （由两个20级的移位寄存器构成）其中i为偏移量，i为1~37之间的整数，产生37个互异的P码相位，其中32个分给不同的卫星使用，5个给地面监控系统使用。 P码周期很长，267天重复一次，实际使用7天被重置，实际按7天周期计算。 1周期含码元数：6187104000000； 如码序列对齐误差为码元宽度的1/100，则相应的测距误差可大0.29m。 载波相位测量的关键技术－重建载波① 重建载波 将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。 载波相位测量的关键技术－重建载波② 码相关法 方法 将所接收到的调制信号（卫星信号）与接收机产生的复制码相乘。 技术要点 卫星信号（弱）与接收机信号（强）相乘。 特点 限制：需要了解码的结构。 优点：可获得导航电文，可获得全波长的载波，信号质量好（信噪比高） 载波相位测量的关键技术－重建载波③ 平方法 方法 将所接收到的调制信号（卫星信号）自乘。 技术要点 卫星信号（弱）自乘。 特点 优点：无需了解码的结构 缺点：无法获得导航电文，所获载波波长为原来波长的一半，信号质量较差（信噪比低，降低了30dB） 载波相位测量的关键技术－重建载波④ 互相关（交叉相关） 方法 在不同频率的调制信号（卫星信号）进行相关处理，获取两个频率间的伪距差和相位差 技术要点 不同频率的卫星信号（弱）进行相关。 特点 优点：无需了Y解码的结构，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了27dB） 载波相位测量的关键技术－重建载波⑤ Z跟踪 方法：将卫星信号在一个W码码元内与接收机复制出的P码进行相关处理。 在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复制信号（强）进行相关。 特点 优点：无需了解Y码结构，可测定双频伪距观测值，可获得导航电文，可获得全波波长的载波，信号质量较平方法好（信噪比降低了14dB） Z跟踪技术 AS P码+W码?Y码 W码的码元宽度比Y码大几十倍 Z跟踪技术 原理 将相关间隔（积分间隔）限定在一个W码码元内 GPS卫星信号结构 概述 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 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