《GPS信号与接收机》PPT课件

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1、GPS信号与接收机GPS卫星信号结构GPS卫星导航电文GPS卫星位置和速度计算GPS接收机GPS卫星信号构成GPS卫星信号测距码数据码(导航电文）载波P码（Y码）C/A码L1载波L2载波伪随机码L波段L1载波L2载波GPS卫星信号的组成部分载波（Carrier）L1L2测距码（RangingCode）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（Message）GPS卫星信号的生成关键设备–原子钟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

2、基准频率的倍频或分频基本频率10.23MHzL1载波1575.42MHzL2载波1227.60MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHzP码10.23MHz数据码50BPS数据码50BPS15412010204600GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数据码。信号分量的产生都是在同一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生，采用正交2PSK调制。GPS卫星信号的载波和调制f0x120f0x154f0GPS载波信号基本频率控制产生三种信号分量TwoCarrierFrequencies（载波频率）L1is

3、154xf0=1575.42MHz,whichhasawavelengthof0.19mL2is120xf0=1227.6MHz,whichhasawavelengthof0.24mGPS信号时域表示SiL1(t)＝APPi(t)Di(t)cos(ω1t＋ψ1i)＋AcCi(t)Di(t)sin(ω1t＋ψ1i)SiL2(t)＝BPPi(t)Di(t)cos(ω2t＋ψ2i)L1载波C/A码P码（Y码）数据码L2载波P码（Y码）数据码调制调制载波①作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1–频率：154f0=1575.4

4、3MHz；波长：19.03cmL2–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载波②特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）测距码①作用测距编码增益，抗干扰性质伪随机噪声码（PRN－PseudoRandomNoise）不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数）对齐的同一组码间的相关系数

5、为1测距码②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（PreciseCode）–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GPS现代化实施之前2003年以后L2增加C/A码2005年以后增加L5,M码卫星信号的调制①模二和逻辑上：异或运算双

6、极性乘法运算：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”卫星信号的调制②二进制信号的相位调制2PSKSiL1(t)＝AC(Pi(t)⊕Di(t))sin(ωL1t＋ψ1)＋Ac(Ci(t)⊕Di(t))cos(ωL1t＋ψ1)SiL2(t)＝AP(Pi(t)⊕Di(t))sin(ωL2t＋ψ2)AP、AC分别为载波L1(1575.42MHz)和载波L2(1227.6MHz)的振幅；Pi(t)、Ci(t)和Di(t)分别为第i颗GPS的P码、C/A码和D码；ωL1、ωL2分别为载L1、L2的角频率；ψ1、ψ2分别为第i颗GPS

7、卫星的载波L1、L2的初相。SiL1(t)、SiL2(t)共用天馈发射卫星信号的调制③卫星信号的解调关键在于恢复相干载波（相位），可通过以下两种解调技术来恢复载波（相位）：（1）复制码与卫星信号相乘：由于调制码的码值是用1的码状态来表示的，当把接收的卫星码信号与用户接收机产生的复制码（结构与卫星测距码信号完全相同的测距码），在两码同步的条件下相乘，即可去掉卫星信号中的测距码而恢复原来的载波。但此时恢复的载波尚含有数据码即导航电文。这种解调技术的条件是必须掌握测距码的结构，以便产生复制码。卫星信号的解调（2）平方解调技术：将接收到

8、的卫星信号进行平方，由于处于+1、-1状态的调制码经过平方后均为+1，而+1对载波相位不产生影响。故卫星信号平方后，可达到解调目的。采用这种方法，可不必知道调制码的结构，但平方解调后，不仅去掉了卫星信号中的测距码，而且也同时去掉了导航电文。GPS伪