GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文.doc

第五讲GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文

学习指南
在这一章节中，主要讲述了GPS全球卫星定位系统的组成，简单地介绍了GPS卫星信号、GPS卫星星历和卫星运动理论基础。重点介绍了GPS卫星信号特点及其应用。对本章的学习要重点突出GPS系统的组成、GPS卫星信号的应用，理解和掌握GPS卫星位置计算的各项参数物理意义和几何特点。

本单元教学重点和难点
1、GPS编码的方法；
2、导航电文的格式和内容。
教学目标
1、了解GPS卫星信号的作用；
2、熟悉GPS编码的方法；
3、熟悉导航电文的格式；
4、熟悉导航电文的内容。

一、GPS卫星信号

1GPS卫星信号构成及产生
GPS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：
1.1载波L1、、L1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。
1.2测距码
1.2.1C/A码
C/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。
1.2.1P码
P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。
1.2.1L2C码
L2C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GPS卫星SLC-17A从CapeCanaveral,Florida（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。
1.3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。

图2—5GPS卫星信号构成及产生
2GPS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。

图2-6C／A码、P码的特点
2.1C／A码(Coarse／AcquisitionCode)
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。
C／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·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。
C／A码具有的特性：
=1\*GB3①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。
=2\*GB3②C／A码的码元宽度t0=1/f=0.97752µs(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。
2.2P码(PrecisionCode)
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L1和L2两个载波上，可较完善地消除电离层延迟，