文档介绍：GPS信号构成及其观测
内容提要
GPS信号的组成
GPS信号的产生
GPS信号的作用
GPS信号的调制与解调
GPS信号组成部分
GPS卫星信号由载波、测距码和导航电文三部分组成。
GPS卫星信号的产生与构成主要考虑了如下因素:
(1)适应多用户系统要求。
(2)满足高精度定位需要。
(3)满足实时定位要求。
(4)满足军事保密要求。
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 = ;波长:
L2 –频率: 120f0 = ;波长:
现代化后
L5 –频率: 115f0 = ;波长:
载波
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)
几个定义
码:表达不同信息的二进制数及其组合。
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。
将各种信息通过量化,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。
表达某种信息的一组二进制的数码序列。
码元是0或1完全是随机的,但出现的概率均为50%。这种码元幅度的取值完全无规律的码序列,称为随机码序列(或随机噪声码序列)。
特点:(1)非周期性序列,无法复制;
(2)自相关性好。对提高GPS测距精度有利
码元可以表示为0、1为幅度的时间函数
随机噪声码
0
t
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
随机噪声码的自相关性
将随机序列u(t)平移k个码元,得到一个新的随机序列u(t),如果两随机序列u(t)和u(t)所对应的码元中,相同的码元数(同为0或1)为Au,相异的码元数为Bu,则随机序列u(t)的自相关系数R(t)定义为:
平移的码元数k=0,说明两个结构相同的随机码序列,相应的码元相互对齐, Bu=0,自相关系数R(t)=1。
当k0时,由于码序列的随机性,当序列中码元数充分大时,则AuBu,即自相关系数R(t) 0。
于是,根据码序列自相关系数的取值,可以判断两个随机码序列的相应码元是否对齐。
R(t) = (Au - Bu) / (Au + Bu)
利用随机码的自相关性进行GPS测距
假设GPS卫星发射的是一个随机码序列u(t),而GPS接收机若能同时复制出结构与之相同的随机码序列u(t),则由于卫星信号时间传播延迟的影响,被接收的u(t)与u(t)之间产生了平移,即相应的码元错开,而R(t) 0。如果通过一个时间延迟器来调整u(t),使之与u(t)的码元相互完全对齐,即有R(t) =1。则可以从接收机的时间延迟器中测出卫星信号到达用户接收机的准确传播时间,从而准确测定站星距离。