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GPS原理及其应用demo_4.ppt

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GPS原理及其应用4.1GPS卫星信号随机噪声码：码元幅度的取值完全无规律的码序列，也称随机码序列 随机噪声码的自相关性 伪随机噪声码（PseudoRandomNoise-PRN）：不仅具有类似随机噪声码的良好自相关特性，而且具有确定的编码规则，周期性的且易复制码长：二进制数中码元的个数 周期：产生一序列PRN码的时间 码元宽：产生一个码的时间或对应的距离GPS卫星信号的结构 包括载波（Carrier）、测距码（Code）和卫星（导航）电文（Message） 载波： L1 L2 测距码： 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 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 作用 搭载其它调制信号 测距 测多普勒频移类型 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测距码 作用：测距 性质：为伪随机噪声码类型 目前 C/A码（Coarse/AcquisitionCode）–粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上 P（Y）码（PrecisionCode）–精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上现代化后 在L2上调制C/A码 在L1和L2增加调制M码4.2GPS卫星导航电文按帧播发，播发速度50BPS 每主帧含5个子帧 每子帧10个字，每字30bit 主帧之间，1、2、3子帧每小时更新一次，4，5子帧仅在卫星注入新的导航数据后才更新导航电文的基本内容卫星（导航）电文（续） 遥测字（TLM–TelemetryWord） 每一子帧的第1个字 用作捕获导航电文的前导 转换码（交接字）（HOW–HandOverWord） 每一子帧的第2个字 主要内容：Z计数（从每周开始子夜零时起算的时间计数，表示下一子帧开始瞬间的GPS时，为实用方便一般为发播的子帧数）卫星（导航）电文（续） 第一数据块 第1子帧的第3~10个字 内容： WN–GPS周 L2所调制测距码标识符–“10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码 传输参数N–URA TGD–信号在卫星内部的时延 星钟数据龄期AODC 星钟改正参数a0，a1，a2卫星（导航）电文（续） 第二数据块 第2、3子帧的第3~10个字 内容：该发送信号卫星的星历－广播星历 星历参数卫星（导航）电文（续） 第三数据块 第4、5子帧的第3~10个字 内容：所有卫星历书（概略星历） 第三数据块的内容每12.5分钟重复一次卫星信号的调制 模二和 运算规则 二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则二进制信号的相位调制卫星信号的调制 框图 卫星信号的调制原理 卫星信号的解调 复制码与卫星信号相乘 平方解调技术4.3GPS接收机基本工作原理按接收机通道分 多通道接收机 具有四个以上信号通道，每个通道只连续跟踪一个卫星信号 序贯通道接收机 序贯通道：对进入该通道的卫星，按时依次进行跟踪测量，量测一个循环，大于20ms 多路复用通道接收机 序贯通道：对进入该通道的卫星，按时依次进行跟踪测量，量测一个循环，小于等于20ms按接收机工作原理分 码相关型 优点：既可进行伪距测量也可进行载波相位测量，并能获得导航电文，具有良好性噪比 缺点：用户必须掌握PRN码结构 平方型 优点：无需掌握码结构，便能获得载波 缺点：无法获得导航电文和时间信息，性噪比较差 混合型GPS接收机的组成及工作原理 天线 接收机主机 电源 天线单元 类型：单极天线、微带天线、锥形天线等 相位中心 天线的平均相位中心与几何中心 天线平均相位中心的偏差 天线平均相位中心偏差的消除：归心改正、消去法 天线高L2的平均相位中心思考题1：GPS信号是由哪几部分组成的，各部分有什么作用？ 思考题2：什么是伪随机噪声码？ 思考题3：GPS卫星导航电文的基本结构是怎样的？