第4章GPS卫星的导航电文和卫星信号.ppt

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1、GPS测量原理及应用石双忠徐州师范大学测绘学院第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号内容提要GPS卫星的导航电文GPS卫星信号GPS卫星位置的计算GPS接收机基本工作原理§4.1GPS卫星的导航电文§4.2GPS卫星信号4.2.1概述载波：L1，λ1=19.032cmL2，λ2=24.42cm测距码：C/A码（粗码）P码（精码）数据码：导航电文显然在L1中包含P码、D码、C/A码在L2中包含P码和D码卫星时钟基本频率是：10.23MHZ所有的信号由此时钟控频率制下产生4.2.2伪随机噪声码的产生及特性用来表

2、达某种信息的二进制数的组合，是一组二进制的数码组合。可以表示成以0和1为幅度的时间的函数。码元幅度的取值完全无规律的码序列。即一组码序列u(t)，对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，其出现的概率均为1/2。随机码的特性：自相关性特别好，用自相关系数表示自相关系数：将随机序列u(t)平移k个码元，得到一个新序列u’(t)，如果两随机序列对应的码元中，相同的码元数为An，相异的码元数为Bn，则码：随机码：所谓自相关性好就是：当k=0时，R(t)=1，当k≠0时，R(t)=0因此可以用自相关系数来判断两个

3、序列的对齐程度伪噪声吗，简称PRN(PseudoRandomNoise)表述形式：信号波形x(t)、信号序列{x}，如图模二和的运算规则：伪随机码：m序列的产生——伪随机码最长线性移位寄存器(抽头式反馈移位器)四级D触发器所谓“移位”就是在脉冲的作用下，xi的状态转移到xi-1处。名称状态触发器1触发器2触发器3触发器41111000100110101111000100110101111000100110101111000100110101111{x5}0001001101011110{x1}111100

4、0100110101m序列的突出特点：良好的相关性自相关系数：n为移位寄存器的级数自相关图：由此可以看出，m序列的自相关只有两种取值1或-1/m，这一特性非常重要，GPS信号接收机就是利用这一特性使所接收的伪噪声吗和机内产生的伪噪声吗达到同步对齐，以测量距离，同时捕获和识别来自不同GPS卫星的伪噪声码，解译出他们所传送的导航电文。4.2.3粗码C/A码码长：N=210-1=1023bit，码元宽：0.98μs，相当于293.1m，周期：1ms共有1025种，从中选择32个以PRN1，PRN2，…，PRN3

5、2命名也叫捕获码，伪距测量的误差为29.3-2.93m，所以叫粗码C/A码的作用:卫星识别码,捕获码,测距4.2.4精码P（y）码码率：10.23MHZ码长：2.35×1014，相当于267天，38周,共37种P码码元宽度：0.098μs，相当于29.3m测距误差：2.93-0.293m，比C/A精度高，所以叫精码每种码截取7天周期长的部分，分配到32个卫星上和5个地面站上，叫做码分多址（CDMA）接收机先捕获到C/A码，然后根据导航电文中的转换码，再获取P码P码是美国军方专用的，从1994年1月31日起

6、实施AS政策，在P码上增加一个极度保密的W码，形成新的Y码，绝对禁止非特许用户使用，因此，我们的接收机即使能接收到P码，也不是原来意义上的精码。P码的作用:卫星识别码,测距.观测值文件§4.3GPS卫星位置的计算1.计算卫星运行的平均角速度μ为WGS-84坐标系中的地球引力常数，且μ=3.986005×1014m3/s22.计算归化时间3.观测时刻卫星平近点角Mk的计算4.计算偏近点角5.真近点角Vk的计算6.升交距Φk的计算7.摄动改正项δu，δr，δi的计算8.计算经过摄动改正的升交距角uk、卫星矢径

7、rk和轨道倾角ik9.计算卫星在轨道平面内的坐标10.观测时刻升交点经度Ωk的计算11.计算卫星在地心固定坐标系中的坐标12.卫星在协议地球坐标系中的坐标计算表中给出1997年11月9日2时0秒GPS6号卫星的位置计算结果，星历数据在前面。§4.4GPS接收机基本工作原理4.4.1GPS接收机的分类按用途导航型测地型授时型车载型航海型航空型星载型按频率单频双频按通道个数多通道序贯通道多路多用通道按工作原理码相关型平方型混合型干涉型4.4.2GPS接收机的组成及工作原理作用：将GPS卫星信号的极微弱的电磁波

8、能转化为相应的电流，而前置放大器则是将GPS信号电流予以放大。要求：防止多路径效应、相位中心保持稳定，并与几何中心尽量一致。类型：单板天线、四螺旋形天线、微带天线、锥形天线1.GPS接收机天线2.接收机主机（1）变频器及中频放大器：（2）信号通道：搜索卫星，牵引并跟踪卫星；解码广播电文；伪距测量、载波相位测量、多普勒频移测量；（3）存储器：（4）微处理器：自检；搜索卫星，捕获卫星，对信号进行跟踪和牵引，将基准信号译码为卫星星历