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文档简介
1、第四章 电磁波传播与GPS卫星信号第一节 电磁波的基本知识1、参数 周期T、频率f、速度v、波长、相位及其相互关系:T=1/ f , =T.v, =2 ft。2、电磁波普 1)全普与窗口 2)卫星大地测量常用普卫星定位常用波普第二节 大气层对电磁波传播的影响一、大气结构及性质 对流层:40km以下,冷热、雨雪风、水蒸气。属非弥散介质。 电离层:70km以上,空气分子以带电粒子的形式存在,属弥散介质,对电磁波传播影响显著,折射率主要取决于带电子数的多少和电磁波频率的高低。 折射数N0=(n-1)106。电离层对不同频率电磁波折射二、电离层影响及对策 1、电离层影响: dion=-c40.28N/
2、f 2 N断面为1m2传播路径上的电子数总合。 若N=51017,而f 1=1.57542GHz, f 2=1.22760GHz dion 1=8.11m, dion2=-13.36m。 2、对策: 1)双频观测; 2)利用电离层模型改正(是否改正取决于数据处理软件); 3)同步观测求差(相对定位或差分定位)。 4) 载波相位观测与码相位观测取平均。 3、影响带电离子密度的因素 电离层高度,200400km时密度最大; 地方时,白天是晚上的5倍,地方时11时最大; 季节,夏天是冬天的4倍; 测站纬度,赤道最高,南北极最低; 年份,太阳黑子活动周期为11年,最高年份可达1016/m2,最低年份近
3、于零。58,69,80,91,02年最高。三、对流层影响及对策 与电磁波频率无关,与传播路径上的大气状况、大气压、温度、高程、高度角等有关。 减弱措施: 1)模型改正; 2)作为未知数求解; 3)同步观测值求差; 4)用水汽辐射计求路径折射率。第三节 GPS卫星的测距码信号一、GPS卫星信号概述 载波信号: L1 1.57542GHz。 L2 1.22760GHz 。 测距码信号:C/A码,P码。 数据码信号:导航电文。二、码的概念及其产生 1) 码的基本概念 码表达不同信息的二进制数及其组合。(波形与序列见下一幻灯片。) 码元一位二进制数叫一个码元。 编码用二进制数表示信息的过程。 信息量某
4、种事物有2r种类型,可用r位二进制数表示,即含有r比特的信息量。 信息的传输速度单位时间内传输的比特数。 码元宽度传输一个码元所用时间。 码元、信息的传播速度、码元宽度三概念应牢固掌握符号与波形模二加法:110 , 101 , 000 , 011 二进制码的模二加法等价于电位的乘法。 码序列将r比特的二进制数看作是由0、1组成的序列。2)随机码在一个码序列中,0和1出现的概率相等,而某一码元是0或是1却是随机的,事先无法确定的,这样的码序列叫随机码。 随机码特点:非周期性序列;自相关性好;无法复制。 自相关性用自相关系数表示, 自相关系数将U(t)平移k个码元,平移后与平移前两序列相同码元个数
5、A,相异个数B,(A-B)/(A+B)叫自相关系数,用R(t)表示。 自相关性好原码与复制码对齐R(t)=1,不对齐0。自相关系数:自相关系数:11101001110100 11101001110100R(t)=(3-4)/7=-1/7。11101001110100 11101001110101R(t)=(3-4)/7=-1/73)噪声码 信号强度远低于噪声强度的信号码。 优点:耗能少;隐蔽性好。4)伪随机噪声码及其产生 伪随机码有良好的自相关性且按周期重复出现的二进制码。 产生:多级反馈移位寄存器;也可用程序产生。 111100010011010111100010011010码的产生输出+4
6、321钟冲置1脉冲状态号 各级状态1,2,3,4 输出 1 1 1 1 1 1 周日子夜零时置1脉 冲与钟冲1同时作用 2 0 1 1 1 1 钟冲2 3 0 0 1 1 1 钟冲3 4 0 0 0 1 1 钟冲4 5 1 0 0 0 0 钟冲5 6 0 1 0 0 0 钟冲6 7 0 0 1 0 0 8 1 0 0 1 1 9 1 1 0 0 0 10 0 1 1 0 0四级移位寄存器产生的伪随机码的特性码序列:111100010011010111100010011010钟频:fc ; 码元宽度:0=1/ fc ; 码长:Nu=24-1=15bit;周期:T=0. Nu ;自相关系数:对齐:
7、1,不对齐:-1/15。 r级移位寄存器产生的伪随机码的特性码元宽度:0=1/ fc ; 码长:Nu=2r-1;周期:T=0. Nu ; 自相关系数:对齐:1,不对齐:-1/(2r-1)。三、GPS的测距码1)C/A码 两个10级移位寄存器产生两个伪随机码G1、G2。 G2平移11023码元,得1023个新码,与G1模二相加。不同卫星用不同码。 钟频:1.023MHz; 码元宽度:0.97752s, 码长:210-1= 1023bit, 周期: 0.97752s 1023=1ms, 测尺长度,300km, 测时精度: 0.97752s /100=0.0097752s, 测距精度:2997924
8、58m/s9.775210-9=2.93m。2)P码 4个12级移位寄存器,每个移位寄存器产生的伪随机码的码长为:212-1=4095bit, 设4个码为:A,B,C,D;将其组合成复杂的复合码,如:ADDBACAADCBA等。 钟频:10.23MHz; 码元宽度:0.097752s, 码长:2.351014bit, 周期: 0.097752s2.351014= 267天 测时精度: 0.097752s/100=9.775210-10s, 测距精度:2997924589.775210-10=0.293m。第四节 GPSGPS卫星的导航电文 1、遥测码:主要是说明注入数据是否可靠。2、转换码:用
9、C/A码捕获P码用。3、传输参数:定位精度,9不能导航。4、电离层改正。5、钟差改正。6、星历,各卫星播发的自已的位置参数,文件类型为E文件,用于定位。7、历书,各卫星播发的所有卫星的概略位置参数,文件名以 al 开头,用于估算可见卫星数。(G:教学数据课堂实习ASHTECH)8、卫星健康及其它。如何评价胰腺癌化疗的疗效 GPSGPS卫星信号的调制与解调 、调制 调制就是在载波上加上信号码,方法是用调相技术将信号调制到载波上。 二进制码(电位) 1 (-1) 0(1) 载波相位 改变180 不变2、解调 解调就是去掉二进制码,只留下载波。方法有两种: 1)复制码与信号码对齐时相乘(电位相乘,二进制数模二相加) 2)平方解调(电位平方) 解调后得载波,用载波可进行载波相位测量(原理是测出载波由卫星传播到接收机产生的载波相位延迟)。3、载波精度 L1 频率:1.57542GHz。 波长:299792458/1.57542109=19.03cm。 测距精度:19.03cm/100=1.9mm。 L2 频率:1.22760GHz。 波长:299792458/1.22760109=24.42cm。 测距精度:24.42cm/100=2.4mm。第六节 接收机的基本原理1、接收机接收卫星发射的测距码并产生相同的复制
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