DOC《GPS狼冀缒》

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、导航电文的格式和内容. 教学目标 、了解GPS卫星信号的作用;

、熟悉GPS编码的方法;

、熟悉导航电文的格式;

、熟悉导航电文的内容.

一、 GPS卫星信号 . GPS卫星信号构成及产生 卫星发射的信号由载波、测距码和导航电文三部分组成.如图2-5所示: .1 载波 、、L2由卫星上的原于钟所产生的基准频率f0=1.023MHz倍频154倍和120倍产生. .2 测距码 .2.1 C/A码/A码又称为粗捕获码,它被调制在L1载波上,是1.023MHz的伪随机噪声码(PRN码),由卫星上的原子钟所产生的基准频率f0降频10倍产生,即:fC/A=f0/10=1.023MHz.由于每颗卫星的C/A码都不一样,因此,我们经常用它们的PRN号来区分它们.C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号. [此处图片未下载成功] 图2-5 GPS卫星信号构成及产生 码 码又被称为精码,它被调制在L1和L2载波上,是10.23MHz的伪随机噪声码,直接使用由卫星上的原于钟所产生的基准频率,即:fp=f0=1.023MHz,其周期为七天.在实施AS时,P码与W码进行模二相加生成保密的Y码,此时,一般用户无法利用P码来进行导航定位. .2.3 L2C码 C码称为城市码,它被调制在L2载波上,L2C信号包括2个PRN码:即CM码和CL码.2005年9月23日第一颗具有广播L2C信号功能的Ghttp://www.51wendang.com/doc/73b8935919190984c4a5c91fPS卫星SLC-17A从CapeCanaveral, Florida1.2.2 (佛罗里达)发射升空.L2码同样可以提供高质量(低相噪,高灵敏度)的数据来进行导航定位. .3 导航电文 导航信息被调制在L1载波上,其信号频率为50Hz,包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数.用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置,导航信息也被称为广播星历. . GPS的测距码信号 测距码是用于测定从卫星至接收机间距离的二进制码,如图2-5所示.GPS卫星中所用的测距码从性质上讲属于伪随机噪声码.它们看似一组取值(0或1)完全无规律的随机噪声码序列,其实是具有确定编码规则编排起来的、可以复制的周期性的二进制序列,且具有类似于随机噪声码的自相关性特性,结构相同的随机码序列u(t) (t)通过平移码元数,相应的码元相互对齐,易于测量.测距码是由若干个多级反馈移位寄存器所产生的m序列经平移、截短、求模二和等一系列复杂处理后形成的.根据性质和用途的不同,在GPS卫星发射的测距码信号中包含了C/A和P(Y)码两种伪随机噪声码信号,各卫星所用的测距码互不相同.下面将分别介绍其特点及作用. [此处图片未下载成功] 图2-6 C/A码、P码的特点 .1 C/A码(Coarse/Acquisition Code) 用于进行粗略测距和捕获精码的测距码称为粗码,也称捕获码.C/A码的测距精度一段为 (2-3) m.C/A码是一种结构公开的明码,供全世界所有的用户免费使用. /A码的特征是:码长Nu=210-1=1023bit;

码元宽度tu 0.97752us,相应长度293.1m;

周期Tu=Nu&

#183;

tu=1ms;

数码率BPS=1.023Mbit/s,如图2-7所示.GPS星座中的不同卫星使用结构各异的C/A码.这样既便于复制又易于区分. /A码具有的特性: ①由于C/A码的码长较短(周期<

1ms),在GPS导航和定位中,为了捕获C/A码以测定http://www.51wendang.com/doc/73b8935919190984c4a5c91f卫星信号传播的时间延迟,通常对C/A码金行逐个搜索,而C/A码总共只有1023个码元,若以每秒50码元的速度搜索,仅需约20.5s便可完成,易于捕获.而通过捕获C/A码所得到的卫星提供的导航电文信息,又可以方便地捕获P码,所以,通常称C/A为捕获码. ②C/A码的码元宽度t 0=1/f=0.97752&

#181;

s(码元持续时间 ),空间矢距:L=293.1m(码元持续时间与c乘积 )较大.若两个序列的码元相关误差为码元宽度的l/10-1/100,则此时所对应的测距误差可达29.3-2.9m.由于其精度较低,所以称C/A码为粗捕获码. .2 P码(Precision Code) 用于精确测定从GPS卫星至接收机距离的测距码称为精码.该测距码又同时调制在L 1和L2两个载波上,可较完善地消除电离层延迟,故用它来测距可获得较精确的结果.P码是一种结构保密的军用码.目前,美国政府不提供一般GPS民用用户使用. 码的特征是:码长Nu=2.35&

#215;

1014bit;

码元宽度tu=0.097752us,相应长度29.3m ,数码率BPS=10.23Mbit/s;

如图2-7所示, 周期Tu=Nu&

#183;

tu=267天,一个周期中约含6.2万亿个码元.实际上P码的一个整周期被分为38部分,每一部分周期为7天,码长约6.19x1012bit.其中有5部分由地面监控站使用,其他32部分分配给不同的卫星,1个部分闲置.这样,每颗卫星所使用P码便具有不同的结构,易于区分,但码长和周期相同. 码具有的特性: ①因为P码的码长较长(6.19&

#215;

1012bit),在GPS导航和定位中,如果采用搜索C/A码的办法来捕获P码,即逐个码元依次进行搜索,当搜索的速度仍为每秒50码元时,约需14&

#215;

155天,那将是无法实现的,不易捕获.因此,一般都是先捕获C/A码,然后根据导航电文中给出的有关信息,便可捕获P码. ② P码的码元宽度t 0=1/f=0.097752&

#181;

s,每个码元所持续的时间为C/A码的1/10.空间矢距:L=29.3m(码元持续时http://www.51wendang.com/doc/73b8935919190984c4a5c91f间与c乘积 )较大.若两个序列的码元相关误差仍为码元宽度的l/10-1/100,则此时所引起的测距误差仅有2.93―0.293m.仅为C/A码的1/10.所以P码可用于较精密的导航和定位,称为精码. .3 L2C码 目前,C/A码只调制在Ll载波上,故无法精确地消除电离层延迟.随着全球定位系统的现代化,在卫星上增设调制了C/A码的第二民用频率码L2C码后,该问题将可得到解决.采用窄相关间隔(Narrow Correlator Spacing)技术后测距精度可达分米级,与精码的测距精度大体相当. . CPS卫星的载波信号 可运载调制信号的高频振荡波称为载波.GPS卫星发射两种频率的载波信号,由于它们均位于微波的L波段,故分别称为L1载波和L2载波.即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波,它们的波长分别为19.03cm和24.42cm,如图2-6所示. 在无线电通信技术中,为了有效地高质量传播信息,都是将频率较低的信号加载在频率较高的载波上,此过程称为调制.GPS卫星的L1和L2载波上携带着测距信号和导航电文传送出去,到达用户接收机. 在一般的通信中,当调制波到达用户接收机解调出有用信息后,载波的作用便告完成.但在全球定位系统中,载波除了能更好地传送测距码和导航电文这些有用信息外,在载波相位测量中它又被当做一种测距信号来使用.其测距精度比伪距测量的精度高2~3个数量级.因此,载波相位测量在高精度定位中得到了广泛的应用. 采用两个不同频率载波的主要目的是为了较完善地消除电离层延迟.采用高频率载波的目的是为了更精确地测定多普勒频移和载波相位(对应的距离值),从而提高测速和定位的精度,减少信号的电离层延迟,因为电离层延迟与信号频率f的平方成反比. . GPS导航电文 卫星导航电文是用户利用GPS定位和导航所必须的基础数据.它主要提供了卫星在空间的位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要信息.这些信息是以二进制码的形式按规定格式编码,并按帧发给用户接收机,因此又称之为数据码(Dhttp://www.51wendang.com/doc/73b8935919190984c4a5c91f码). 导航电文的传输速率为50bit/s,以 帧 为单位向外发送.每帧的长度为1500bit,播发完一个主帧需30s.一个........