第三章 GPS衛(wèi)星信號(hào)

第三章 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)

GPS衛(wèi)星的信號(hào)結(jié)構(gòu)GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)概述GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分測(cè)距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）載波（Carrier）L1L2導(dǎo)航電文（Message）GPS衛(wèi)星信號(hào)的生成關(guān)鍵設(shè)備：原子鐘衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>概述GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號(hào)的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率

測(cè)距碼作用測(cè)距——觀測(cè)站與衛(wèi)星之間的距離性質(zhì)偽隨機(jī)噪聲碼(PRN－PseudoRandomNoise)自相關(guān)函數(shù)：r級(jí)移位寄存器所產(chǎn)生的m序列，在一個(gè)周期內(nèi)碼元個(gè)數(shù)：m序列的最大周期為：，Nu為碼長(zhǎng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>測(cè)距碼測(cè)距碼目前：C/A碼(Coarse/AcquisitionCode)——粗碼/捕獲碼；數(shù)碼率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含碼元數(shù)：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調(diào)制在L1上；特點(diǎn)：碼長(zhǎng)短，易于捕獲；碼元寬度大，測(cè)距誤差大；P碼(PreciseCode)——精碼；數(shù)碼率：10.23MHz；周期：267天；1周期含碼元數(shù)：2.35×1014；碼元寬度：29.30m；被調(diào)制在L1和L2上；現(xiàn)代化后：在L2上調(diào)制C/A碼；在L1和L2增加調(diào)制M碼；衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>測(cè)距碼測(cè)距方法雙程測(cè)距

用于電磁波測(cè)距儀單程測(cè)距

用于GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>測(cè)距方法碼相關(guān)偽距測(cè)量原理距離測(cè)定的基本思路：通過(guò)調(diào)整自相關(guān)函數(shù)R(t)的值，測(cè)定測(cè)距碼信號(hào)由衛(wèi)星到達(dá)測(cè)站的傳播時(shí)間。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>碼相關(guān)偽距測(cè)量原理(教材P68)信號(hào)傳播時(shí)間碼相關(guān)偽距測(cè)量原理利用測(cè)距碼測(cè)距的必要條件必須了解測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)利用測(cè)距碼進(jìn)行測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)采用的是CDMA技術(shù)易于捕獲微弱的衛(wèi)星信號(hào)可提高測(cè)距精度便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理每顆GPS衛(wèi)星都采用特定的偽隨機(jī)噪聲碼微弱信號(hào)的捕獲衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>碼相關(guān)偽距測(cè)量原理偽距測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度要求不高定位速度快缺點(diǎn)精度低衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>偽距測(cè)量的特點(diǎn)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>載波載波作用搭載其它調(diào)制信號(hào)測(cè)距類(lèi)型目前L1–頻率：154f0=1575.43MHz；波長(zhǎng)：19.03cmL2–頻率：120f0=1227.60MHz；波長(zhǎng)：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115f0=1176.45MHz；波長(zhǎng)：25.48cm衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>載波衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成示意圖GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成示意圖載波特點(diǎn)所選擇的頻率有利于減弱信號(hào)所受的電離層折射影響選擇兩個(gè)頻率可以較好地消除信號(hào)的電離層折射延遲（電離層折射延遲與信號(hào)的頻率有關(guān)）衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>載波衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制模二和運(yùn)算規(guī)則碼狀態(tài)/碼值：“1”表示二進(jìn)制“0”，“-1”表示二進(jìn)制“1”衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制相位躍遷衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制二進(jìn)制信號(hào)的相位調(diào)制衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制GPS衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制GPS衛(wèi)星信號(hào)電路衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制GPS衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)碼相關(guān)解調(diào)技術(shù)方法將所接收到的調(diào)制信號(hào)(衛(wèi)星信號(hào))與接收機(jī)產(chǎn)生的復(fù)制碼相乘技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)(弱)與接收機(jī)信號(hào)(強(qiáng))相乘特點(diǎn)限制：需要了解碼的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：可獲得導(dǎo)航電文，可獲得全波長(zhǎng)的載波，信號(hào)質(zhì)量好(信噪比高)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)碼相關(guān)法衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)平方解調(diào)技術(shù)方法將所接收到的調(diào)制信號(hào)(衛(wèi)星信號(hào))自乘技術(shù)要點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)(弱)自乘特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需了解碼的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：無(wú)法獲得導(dǎo)航電文，所獲載波波長(zhǎng)為原來(lái)波長(zhǎng)的一半，信號(hào)質(zhì)量較差(信噪比低)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)平方法平方解調(diào)技術(shù)電路示意圖衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>GPS衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)>衛(wèi)星信號(hào)的解調(diào)載波相位測(cè)量衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>載波相位測(cè)量觀測(cè)量：接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本振參考信號(hào)的相位差。載波相位測(cè)量原理衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理理想情況實(shí)際情況衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量原理觀測(cè)值整周計(jì)數(shù)整周未知數(shù)(整周模糊度)載波相位測(cè)量衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>載波相位測(cè)量原理載波相位測(cè)量的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)精度高，測(cè)距精度可達(dá)0.1mm量級(jí)難點(diǎn)整周未知數(shù)問(wèn)題整周跳變問(wèn)題衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>載波相位測(cè)量的特點(diǎn)美國(guó)政府的GPS政策SPS與PPSSPS–標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)使用C/A碼，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時(shí)間=340nsPPS–精密定位服務(wù)可使用P碼，軍用2DRMS水平=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時(shí)間=200ns衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>美國(guó)政府的GPS政策美國(guó)政府的GPS政策SA技術(shù)（1990.3.25~2000.5.1）SelectiveAvailability–選擇可用性人為降低普通用戶(hù)的測(cè)量精度。方法:δ技術(shù)：衛(wèi)星鐘加高頻抖動(dòng)(短周期，快變化)ε技術(shù)：降低星歷精度(加入隨機(jī)變化)

AS技術(shù)（1994.1.31~至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密，P+WY衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>美國(guó)政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化1999年1月25日，美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栃迹瑢⒊赓Y40億美元，進(jìn)行GPS現(xiàn)代化。GPS現(xiàn)代化實(shí)質(zhì)是要加強(qiáng)GPS對(duì)美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的支撐和保持全球民用導(dǎo)航領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)地位。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>美國(guó)政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵：保護(hù)。即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護(hù)美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強(qiáng)化軍碼的保密性能，加強(qiáng)抗干擾能力；阻止。即阻擾敵對(duì)方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；保持。即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶(hù)有更精確更安全的使用。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及GPS衛(wèi)星信號(hào)>美國(guó)政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化G