GPS卫星的测距码信号和GPS卫星的导航电文.pdf

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 1 GPS 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L 、、L 由卫星上的原于钟所产生的基准频率f ＝1.023MHz倍频 154 倍和 120 倍产生。 1 1 0 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。 1.2.1 P 码 P码又被称为精码，它被调制在L 和L 载波上，是 10.23MHz的伪随机噪声码，直接使用由卫 1 2 星上的原于钟所产生的基准频率，即：f ＝f ＝1.023MHz，其周期为七天。在实施AS 时，P码与W p 0 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。 1.2.1 L2C 码 L2C码称为城市码，它被调制在L 载波上，L2C信号包括 2 个PRN码:即CM码和CL码。2005 年 9 2 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 18 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—5 GPS 卫星信号构成及产生 2 GPS 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 u(t) u(t) 通过平移码元数，相应的码元相互对齐， 码的自相关性特性，结构相同的随机码序列 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2-6 C ／A 码、P 码的特点 2.1 C ／A 码(Coarse ／Acquisition Code) 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 。