GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文.doc

GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文第五讲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:、L由卫星上的原于钟所产生的基准频率f,。、,它被调制在L载波上,(PRN码),1由卫星上的原子钟所产生的基准频率f降频10倍产生,即:f,f,10,。由于每颗0C/A0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。,它被调制在L和L载波上,,直接使用12由卫星上的原于钟所产生的基准频率,即:f,f,,其周期为七天。在实施AS时,Pp0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。,它被调制在L载波上,L2C信号包括2个PRN码:即CM码和CL码。20052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。,其信号频率为50Hz,包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改118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,u(t),u(t)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、,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。10C,A码的特征是:码长Nu,2-1=1023bit;码元宽度tu,,;周期Tu,Nu?tu=1ms;数码率BPS,,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:?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,,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。19?C,A码的码元宽度t=1/f=µs(码元持续时间),空间矢距:L=(码元持续时间0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,—。由于其精度较低,所以称C,A码为粗捕获码。(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L和L12两个载波上,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