GPS信号格式和导航电文.pptx

GPS信号结构与导航电文5.1GPS信号结构5.2GPS卫星的导航电文GPS卫星信号示意图GPS信号自相关特性GPS信号GPS信号GPS信号GPS信号伪距测量在载波上,调制有C/A码、P码（或Y码）的数据码，完整的信号结构为：在载波上，只用P码进行双相调制，其信号结构为：最远的距离＝25785×103，发射功率为(14.3dBW＋14.7dBW)，则接收机接收到的功率为-157.8dBW，如果考虑大气损耗，接收机接收到的信号最小为160dBW一般条件下，GPS信号到达地面的强度大约为-130dBm/2MHz，室温下的热噪声大约为-111dBm/2MHz，因此，信噪比S/N为-19dB。另外一个表示信噪比的方法是载噪比C/N0(CarriertoNoise)，其参考带宽为1Hz。室温下的热噪声为-174dBm/Hz，C/N0＝44dB(-130+174)。在这个强度下，信号很容易被处理。GPS测距法C/A码是用于跟踪、锁定和测量的伪随机码。它的码率是1.023MHz，周期为1ms，因而在一个周期中有1023个码位。它是由m序列优选对组合码形成的Gold码（G码）。在上图中,和分别为两个10级线性移位反馈寄存器。两个移位寄存器于每星期日子夜零时，在置“1”脉冲作用下全处于1状态，同时在码率1.023MHz驱动下，两个移位寄存器分别产生码长为周期为1ms的两个m序列和。时间基准源产生的10.23MHz脉冲与1.5s周期的脉冲相互同步，以保证帧、子帧、C/A码、P码相互同步。其中序列经过相位选择器，输入一个与平移等价的m序列，然后与模2和相加，便得到C/A码。C/A码发生器P码另两级12位移位寄存器构成伪随机码，两个移位寄存器形成两个m序列。码率与相同，但码位比多37个码元，即码长为：因此P码为：其相应的码元数为：相应的周期为：在中，可取0，1，2，…，36。这样可得到37种P码。在实际应用中，P码采用7天的周期，即规定在每星期六午夜零点置全“1”状态作为起始点，然后从中截取一段周期为7天的码，作为P码。一共取得37个P码。32个供GPS卫星使用，5个供地面监测站使用。这样保证GPS正常工作的唯一性。因为P码的码长过长，所以，如果仍采用搜索C/A码的办法，来捕获P码，即逐个个码元依次进行搜索，当搜索的速度仍为每秒50码元时，那将是无法实现的（约需天）。因此，一般先捕获C/A码，然后根据导航电文中给出的有关信息，捕获P码。所以在不知道P码结构的情况下，是无法捕获P码。P码发生器5.3GPS卫星的导航电文导航电文简介电文的基本单位是长达1500bit的一个主帧，广播速率为50bit/s。每一主帧又分为五个子帧，每个子帧长度为6s，第1，2，3子帧各有10个字码，每个字码为30bit，第4，5子帧各有25个页面，共有37500bit，长达12.5min（如图1所示）。它们不像第1，2，3子帧那样，每30s重复一次，而需要长达750s才能够传送完毕第4，5子帧的全部信息量，亦即，第4，5子帧是12.5min才重复一次。这表明，一台GPS信号接收机获取一帧完整的卫星导航电文，需要750s。GPS卫星电文的基本内容GPS导航电文的信息类别和形式遥测字（TLM）转换字（HOW）第一数据块字码3、字码4、字码5分别给出了轨道半径正弦调和改正项振幅；平近地点角速度的修正项；平近点角。子帧3的介绍：第三数据块历书数据所提供的是一组截短的、精度较低的星历参数组。它不仅提供多达32颗卫星的近似星历信息，而且还给出每颗卫星的健康状态数据。对于无效卫星或卫星数据无效的情况，该子帧会交替地发送无意义的“0”和“1”，以帮助完成同步。与子帧2和子帧3中的详细星历数据相比，历书数据的精度要低得多。然而，历书数据的有效期较长，不必频繁更新。自发射时刻起，1的大致历书精度与时间的函数关系变化如下表：子帧4的介绍：第四子帧的字码3：有效性指示器（9~10），说明见下表：第四子帧的第14，15，及17**页子帧4的第14，15页被保留；为特殊信息所保留，它容纳22个8bit的ASCⅡ字符。这176bit占用字码3的9~24位，以及字码4~9的1~24位，字码10的1~16位。它由地面控制部分产生，用于向用户发播字母、数字信息。如下表所示：第四子帧的该页发送电离层改正参数，字码3、字码4、字码5给出电离层改正参数，主要用来计算单频接收机的电离层的延迟。当CS可以上载数据到SV上时，CS至少每六天更新一次电离层改正参数，若CS不能上载数据时，SV发送的电离层改正参数将不再精确。字码6、字码7、字码8、字码9、字码10给出了UTC参数，当CS可以上载数据到SV上时，CS至少每六天更新一次UTC参数，若CS不能上载数据时，SV发送的UTC参数的精度随着时间递减。第四子帧的字码3的（9