GPS原理及应用作业.docx

GPS原理及应用（王彦坤 112010178）1叙述伪随机码测距的原理和gps伪随机码的结构。1.1 伪随机码测距的原理伪随机码测距，就是利用接收机产生的复制码(本地码)与卫星发播的伪随机码进行相关运算，通过测量相关函数最大值的位置来测定卫星信号传播延迟，从而求得卫星至接收机的距离观测值。伪随机码测距原理图如图1所示。图1 伪随机码测距原理卫星钟控制的伪随机码S(t)，从卫星天线发播，经传播延迟r，到达接收机。接收机于t时刻接收到得的卫星信号为S(t-r)。由接收机时钟控制的本地码发生一个与卫星伪随机码相同的本地码S(t+r)。r为接收机时钟与卫星时钟的钟差。经码移位电路将本地码移位(延迟)，得，将其送至相关器与所接收到的卫星信号进行相关运算，经积分器可得相关输出：………………………(1)(1)式中：…………………(2)如果调整本地码延迟，使相关输出达到最大值，根据伪随机码的自相关性，可知：………………(3)则可得：…………………………………(4)式中：T—伪随机码的周期；n—整周期数，n＝0，1，2… ——所测定的本地码延迟。因此，当测得本地码延迟后，即可得:……………………………(5)式中，用C/A码测距，λ约为300km,即码的波长，只要知道卫星到接收机的概略距离精确到300km，就可以确定n的值。由于存在接收机时钟与卫星时钟的钟差r，使所测定的距离并不等于卫星与接收机的信号传播距离。我们称此为伪距观察值。若能精确求到接收机时钟与卫星时钟的钟差r，则可对进行修正求得。实际上卫星时钟钟差在导航电文中已经给出，而接收机时钟钟差不知道，在定位解算中可以作为一个待定参数。因此，观测伪距定位，需至少同步观测4颗GPS卫星的伪距。1.2 gps伪随机码的结构(1) C/A码结构C/A码是一种Gold组合码,是由两个10级移位寄存器产生的m序列G1和G2模2复合码。可以表示为：…………..….……………....（6）式中为码元对应的时间1/1 023ms;为G1和G2间相位偏置的码元数;G1和G2的特征方程分别表示为式(7)和式(8)。…………………………………....（7）…………..…………（8）C/A码的码速率为11023MHz,周期为1ms,码长为1023bit，由于其周期短,速率低,易于被接收机相关捕获,但也造成了测量误差大的不良影响,因此C/A码也被称为粗测量码。(2) P码结构P(Y)码是更为复杂的PRN码,导致了更加难以直接检测和捕获。P (Y)码的序列长度为:，由于速率为10123MHz,因此序列周期为266141天,其中,每颗卫星使用序列的一个星期,故每个序列长度是611871012.就P码产生而言,是由两个码长互素的子码与组成的模2复合码,可以表示为：……………………………..…(9)其中为子码的延迟参数,规定为的正整数。两个子码与均是由12级移位寄存器产生的截短码。的周期为115s,码长元,比多37码元。 P码产生的时钟频率为10123MHz,所以每个码元时序为1当序列在第一个115s产元时,序列也同时产生元,但由于序列有37个基码周期的延时,所以序列长度元。由于P码是由X1A、X1B、X2A、X2B四个移位寄存器产生而成,所以欲计算当前时刻四个寄存器的状态,对其逻辑产生方式的研究成为必然。四个寄存器反馈逻辑特征多项式可由式(10)~式(13)给出。……………………………（10）…………………（11）……………….（12）………………..……(13)(3) M码结构由于GPSM码信号基于下一代的密码系统进行了加密设计,并且像当前的GPS军用P(Y)码信号一样,采用了很长的扩频码序列,没有明确的结构或周期,目前也很难获得M码真实结构;另外,GPSM码信号采用BOC(10, 5)方式调制,其二进制序列没有可辨别的结构。GPS中M码信号采用二进制偏移载波调制方式,用BOC(10123, 51115)表示,缩写为BOC(10,5),即满足BOC(fs,fc)中亚载波fs=10123MHz,扩频码速率fc=51115MHz.扩展和数据调制采用双相调制,所以,信号占用载波的一个正交相位信道。扩展码是来自信号保护算法的伪随机比特流,从外部看不出结构和周期。2叙述常用的坐标系及相互转换方法。2.1 当地水平坐标系转化为空间直角坐标系当地水平坐标系与84坐标系同属于直角坐标系，故相互转化时需要利用地心大地坐标系的参数，将84坐标系下（以大地坐标（B,L,H））测得的GPS量作为载体的质心，然后经过旋转矩阵将东北天坐标系（当地水平坐标系、站心坐标系）转化为空间直角坐标系。旋转点作为载体的质心，以（B,L,H）的值为起点。将坐标系分别