GPS卫星的导航电文和卫星信号PPT课件.ppt
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1、GPSGPSGPSGPS卫卫卫卫星的星的星的星的导导导导航航航航电电电电文和文和文和文和卫卫卫卫星信号星信号星信号星信号遥感学院测绘工程系 2009第四章课课程名称:全球定位系程名称:全球定位系统统1.内容提要内容提要1GPS卫星播发的信号2伪随机码扩频与相关接收3C/A码与P码4GPS卫星信号的构成5GPS卫星的导航电文6GPS接收机基本工作原理2.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号1概述1.GPS是一种无线电导航系统观测量是时间延迟或载波变化周数GPS信号包含三种成分:数据码(D码)、测距码(C/A码和P码)、载波信号(L1和L2)3.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号1概
2、述2.导航电文数据码中包含有多种与导航有关的信息。这些信息是卫星的星历、卫星钟钟差改正参数、测距时间标志及大气折射改正参数,以及由C/A码捕获P码等其他导航信息。这些信息为GPS导航定位提供数据基础,故又称为导航电文。导航电文是一组二进制的数码序列,码值取0对应脉冲状态(+1),码值取1对应脉冲状态(-1)4.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号1概述3.GPS信号应满足的要求GPS卫星广播信号能实现保密通讯,提高抗干扰能力能对各卫星发射的信号进行区分选择实现精密定位和实时导航5.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号2伪随机码1.码的基本概念码:二进制数组合构成的数码序列码元(比特
3、):一位二进制数编码:将某种信息通过量化,并按某种规定的标准表示成二进制组合序列,这一过程称为编码。数码率(比特率):每秒钟传输的码元数。单位:bit/s或BPS或HZ6.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号2伪随机码2.随机码GPS信号中的关键技术:采用了伪随机码扩频技术随机码扩频的优点:不仅能提高系统的导航定位精度,而且可以使系统具有极高的抗电子干扰能力和极强的保密性7.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号2伪随机码2.随机码随机码特点(良好的自相关特性)随机码为非周期性码序列,不存在任何编码规则,因此不能被复制随机码序列中0和1出现的概率均为1/2两随机码序列的模2和为0两码
4、元相同;两随机码序列的模2和为1两码元相异。自相关函数=1时已对齐;自相关函数1时没有对齐。模2和运算1 1=0,1 0=1,0 1=1,0 0=08.4.1 GPS卫卫星播星播发发的信号的信号2伪随机码3.伪随机码产生原因:随机码序列没有周期性,无法复制定义:具有良好的自相关特性的有周期性的序列称伪随机序列。由二进制码元组成的伪随机序列称二进制伪随机码简称伪码产生装置:“多级反馈移位寄存器”分类:截短序列、复合序列等9.4.2伪伪随机随机码扩频码扩频与相关接收与相关接收1伪码扩频1.定义 将原拟发送几十比特速率的导航电文变换成发送几兆甚至更高比特率的由导航电文和伪噪声码组成的组合码,称之为伪
5、随机码扩频,简称伪码扩频2.优越性保密性强:信号深埋在噪声中,抗干扰耗电量少:降低了信噪比,节省卫星电能可以很小的发射功率实现2万公里的定位10.4.2伪伪随机随机码扩频码扩频与相关接收与相关接收2伪码测距1.定义 在计算卫星发射信号由卫星到用户的传播延时时,主要利用了卫星发射信号中的伪随机码和地面GPS接收机中复制的跟踪伪码的相关接收技术,故称为伪码测距11.4.2伪伪随机随机码扩频码扩频与相关接收与相关接收2伪码测距2.基本原理1.利用一伪码延时锁相环路,使本地复制的跟踪码和接收到的伪码在码元上对齐,也即是在时间上对准,再将跟踪伪码与本地的基准伪码进行比对,得到时间差12.4.2伪伪随机随
6、机码扩频码扩频与相关接收与相关接收3码分多址1.为什么用码分多址类型:频分多址FDMA、时分多址TDMA、空分多址SDMA、码分多址CDMA原因:同时观测多颗卫星,只有两个载频区别:GPS导航定位中采用码分多址,GLONASS采用频分多址13.4.2伪伪随机随机码扩频码扩频与相关接收与相关接收3码分多址2.什么叫码分多址所谓码分多址,就是针对不同的GPS卫星,预先指定使用不同结构的伪随机码特点:每颗卫星的伪噪声码不同,因此可以按卫星所用伪噪声码不同对卫星进行编号,即PRN编码14.4.3 C/A码码与与P码码1概述测距码是用于测定卫星至接收机间的距离的二进制码。GPS卫星采用两种测距码,即C/
7、A码和P码,它们均属于伪随机码。C/A码也称粗码,P码也称精码。各卫星所采用的测距码互不相同且互相正交15.4.3 C/A码码与与P码码2C/A码1.定义 C/A码用于分址、搜捕卫星信号和粗测距,是具有一定抗干扰能力的明码,提供给民用2.产生1.C/A码是由两个10级移位寄存器相结合而产生的16.4.3 C/A码码与与P码码2C/A码3.基本特性是GPS卫星的民用伪噪声码码长1023bit,很短,易于捕获(捕获码)码元宽度977.517nsec时间周期1ms,1sec对应长度293Km不同的卫星具有不同的C/A码是L1载波的调制信号测距误差2.9329.3m,精度较低(粗码)17.4.3 C/
8、A码码与与P码码2P码1.产生1.由两组各有两个12级反馈移位寄存器结合产生的。18.4.3 C/A码码与与P码码2P码2.基本特性是GPS卫星的军用码码元宽度为C/A码的1/10时间周期266天9小时45分55.5秒是L1L2载波的调制信号不同的卫星具有不同的P码测距误差0.292.93m,精度较高(精码)19.4.4 GPS卫卫星信号的构成星信号的构成1卫星载波信号与调制1.GPS信号的组成数据码(D码、导航电文编码)测距码(C/A码和P码)载波(L1和L2)所有这三种信号分量都是在一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生的。20.4.4 GPS卫卫星信号的构成星信号的构成1卫星载波
9、信号与调制1.GPS信号的组成基准基准频频率率10.23 MHZ C/A码 1.023MHZ P码码 10.23 MHZL21227.60 MHZL11575.42 MHZP码码 10.23 MHZ数据数据码码D码码 50 BPS数据数据码码D码码 50 BPS 15412020460010GPS卫卫星信号示意星信号示意图图21.4.4 GPS卫卫星信号的构成星信号的构成1卫星载波信号与调制2.两个载波频率L1载波:频率1575.42MHz,波长19.03cmL2载波:频率1227.60MHz,波长24.42cm目的:使用两个载波频率发射是为了对电离层延迟进行双频改正22.4.4 GPS卫卫星
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