卫星定位理论与方法-第12次课-卫星的信号结构

1、 测量与导航工程系导航与定位教研室陈明剑第第1212次课次课 卫星的信号结构卫星的信号结构 GPS Signal Characteristicsl GPS卫星向用户发送的导航定位信号均采用的是卫星向用户发送的导航定位信号均采用的是L（22cm）波段做为载波，有其优点波段做为载波，有其优点：减少拥挤，避免干扰减少拥挤，避免干扰适用于扩频，传送宽带信号适用于扩频，传送宽带信号卫星高轨运行，能获得较大的多普勒频移卫星高轨运行，能获得较大的多普勒频移大气衰减小，有益于研制用户设备大气衰减小，有益于研制用户设备cossdmsVffC 载波频率越高，多普勒频移越大，载波频率越高，多普勒频移越大，有利于用户

2、的行驶速度有利于用户的行驶速度l GPSGPS卫星的测距信号和导航电文都属于低频信号，卫星的测距信号和导航电文都属于低频信号，GPSGPS卫星轨卫星轨道较高，其电能紧张，很难将信号传输到地面，所以只能将道较高，其电能紧张，很难将信号传输到地面，所以只能将低频信号加载到高频载波上。低频信号加载到高频载波上。 L L波段可以避开大气谐振吸收，能量耗损小。波段可以避开大气谐振吸收，能量耗损小。2lg (1)SCBN 在系统容量在系统容量C C一定时，频带宽度一定时，频带宽度B B越大，信噪越大，信噪比越小。扩频的目的：节省卫星电能，增强比越小。扩频的目的：节省卫星电能，增强卫星信号的抗干扰性，实现保

3、密信息传送卫星信号的抗干扰性，实现保密信息传送MHzENSCB74. 7)5 . 11 (lg623.101lg22MHzBNS40.74101时，当Schematic of GPS codes and carrier phase卫星的信号卫星的信号 GPS卫星信号包含三种信号分量：载波、测距码和数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的控制下产生的控制下产生fundamentalfrequency10.23 MHzL1 Carrier1575.42 MHzL2 Carrier1227.6

4、 MHzC/A Code1.023 MHzP Code10.23 MHzP Code10.23 MHzNavigationMessage50 BPSNavigationMessage50 BPS15412020460010l 将调制信号扩频方法：将调制信号扩频方法：用用50hz的的D码调制一个伪随机码，例如调制码调制一个伪随机码，例如调制p码，码率码，码率高达高达10.23MHZ，形成组合码，形成组合码P（t)D(t).用组合码调制用组合码调制L波段的载波，实现波段的载波，实现D码的二级调制。码的二级调制。l 在无线电通信中，为有效地传播信息，一般将频率较低在无线电通信中，为有效地传播信息，一

5、般将频率较低的信号加载到频率较高的载波上，此时频率较低的信号的信号加载到频率较高的载波上，此时频率较低的信号称为称为调制信号调制信号。Codes on L1 and L2S1p(t) ApPp(t)DP(t)cos(2f1t) AcGP(t)DP(t)sin(2f1t)whereAp,Ac amplitudes (power) of P(Y)-code and C / A-codePP(t) pseudorandom P(Y)-codeGP(t) C/ A-code (Gold code)DP(t) navigation data streamandS2p(t) BpPp(t)DP(t)cos

6、(2f2t)Spread Spectrum PrincipleSin(t)-11TPRNPRN*Sin(t)Signal StructureL1 Carrier Wave 1575.42MHzC/A Code 1.023 MHzNavigation Message50HzPrecise Code 10.23 MHzSignal StructureL2 Carrier Wave 1227.6MHzNavigation Message50 HzPrecise Code10.23 MHz GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上，且调制码的幅值只取0或1。如果码值取0，则对应的码状态取+

7、1；而码值取1时，对应码状态为-1，载波和相应的码状态相乘后，即实现了载波的调制。GPS Signal Structure for L1 SignalMessage Data modulated on Ranging CodeUser Received Signal PowerGPS Signal Structure(3)GPS Signal Structure(4) Navigation Data StructureContents of GPS Navigation DataContents of GPS Navigation Data1、TLM和和HOW 遥测字（遥测字（TLM: Tel

8、emetry Word）：）：位于各子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。其中所含位于各子帧的开头，作为捕获导航电文的前导。其中所含的同步信号，为各子帧提供了一个同步的起点，使用户便于的同步信号，为各子帧提供了一个同步的起点，使用户便于解译电文数据。解译电文数据。 交接字（交接字（HOW: Hand-Over Word）:紧接着各子帧的遥测字，主要向用户提供从紧接着各子帧的遥测字，主要向用户提供从C/A码捕获码捕获P码码的的Z计数。所谓计数。所谓Z计数，就是从每星期六计数，就是从每星期六/日子夜零时起算的日子夜零时起算的时间计数，它表示下一子帧开始瞬间的时间计数，它表示下一子帧开始瞬间的GPS时

9、。但为了实用时。但为了实用方便，方便，Z计数一般表示为从每星期六计数一般表示为从每星期六/日子夜零时开始发播的日子夜零时开始发播的子帧数。因为每一子帧播送延迟的时间为子帧数。因为每一子帧播送延迟的时间为6秒，所以，下一秒，所以，下一子帧开始的瞬间为子帧开始的瞬间为6Z。Contents of GPS Navigation Data2、数据块、数据块I： 它含有关于它含有关于卫星钟改正参数及其数据龄期卫星钟改正参数及其数据龄期，星期的周数编星期的周数编号，电离层改正参数和卫星工作状态号，电离层改正参数和卫星工作状态等信息等信息。 计算卫星钟差的多项式参数：计算卫星钟差的多项式参数： a0,a1,

10、a22210)()(toctocttattaatttoc: 数据数据块块I的参考时刻，从的参考时刻，从GPS时的每星期日零时起算，时的每星期日零时起算，在在0604800秒之间变化；秒之间变化；AODC: 钟数据龄期，主要用来评估钟差改正数的可靠性。钟数据龄期，主要用来评估钟差改正数的可靠性。 ttTContents of GPS Navigation Data3、数据块、数据块 数据块数据块占有第二子帧和第三子帧。占有第二子帧和第三子帧。主要向用户提供有关计算卫星位置的参数。该数据块一般主要向用户提供有关计算卫星位置的参数。该数据块一般称作卫星星历称作卫星星历(Ephemeris)。卫星位置

11、的计算。卫星位置的计算 toetieA, iISICRSRCUSUCCCCCCC,nM ,0三、GPS数据文件 semimajor axis, a eccentricity, e right ascension of the ascending node, o argument of perigee, inclination, io mean anomaly, Moascending node Algorithm for computing satellite coordinates from broadcast ephemerides is given in GPS Interface Co

12、ntrol Document ICD-GPS-200 (see also enclosed hand out)Contents of GPS Navigation Data4、数据块、数据块数据块数据块包含在包含在4，5子帧里。子帧里。主要向用户提供计算主要向用户提供计算GPS卫星概略坐标的星历，卫星概略坐标的星历，包括卫星的概略坐标，卫星钟的概略改正数及卫星包括卫星的概略坐标，卫星钟的概略改正数及卫星工作状态的信息。一般这些信息也称作卫星的历书工作状态的信息。一般这些信息也称作卫星的历书(Almanac)。有了这些信息，用户可以方便地选择适。有了这些信息，用户可以方便地选择适宜的观测卫星，以

13、获取最佳的卫星几何图形。由于宜的观测卫星，以获取最佳的卫星几何图形。由于已知卫星的概略坐标，在同时已知接收机概略位置已知卫星的概略坐标，在同时已知接收机概略位置和钟差近似值时，可以加快信号的捕获。和钟差近似值时，可以加快信号的捕获。三、GPS数据文件 2 NAVIGATION DATA RINEX VERSION / TYPEDAT2RIN 1.00e The Boss 29JUN98 17:59:25 GMTPGM / RUN BY / DATE COMMENT .1118D-07 .0000D+00 -.5960D-07 .0000D+00 ION ALPHA .9011D+05 .000

14、0D+00 -.1966D+06 .0000D+00 ION BETA -.142108547152D-13 -.372529029846D-08 61440 159 DELTA-UTC: A0,A1,T,W 12 LEAP SECONDS END OF HEADER 3 97 10 10 18 0 0.0 .605774112046D-04 .352429196937D-11 .000000000000D+00 .760000000000D+02 .494687500000D+02 .448018661776D-08 .220198356145D+00 .264309346676D-05 .

15、244920048863D-02 .842288136482D-05 .515366117668D+04 .496800000000D+06 .335276126862D-07 -.790250226717D+00 -.372529029846D-07 .951777921211D+00 .211531250000D+03 .259765541557D+01 -.819891294621D-08 .160720980388D-10 .100000000000D+01 .926000000000D+03 .000000000000D+00 .700000000000D+01 .000000000

16、000D+00 .139698386192D-08 .588000000000D+03 .490320000000D+06 6 97 10 10 15 59 44.0 -.358093529940D-06 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .220000000000D+02 .526250000000D+02 .438268255632D-08 -.281081720890D+00 .GPS Signal Structure(5) Summary of GPS Signal ParametersParameterC/A SignalP SignalCode

17、 clock rate, RC1.023 MbpsRP = 10.23 MbpsCode length1023 6 x 1012Data rate, RD50 bps50 bpsTransmission frequencyL1L1, L2Data includes : Telemetry Satellite ephemeris Satellite clock correction Ionospheric model Synchronization information for resolving C/A code ambiguities- Preamble- Time Almanacs En

18、crypted data for autorized usersRapid acquisitionPrecisionL1 = 154 RPL2 = 120 RPOne weekTotal 38 weeks32 for SV5 for pseudolitePrecise, 2 hour rule-of- thumb duration dataLess accurate, 2 week rule-of-thumb duration dataGPS Code, Data, Subframe, and Frame Timing Relationships230aGMn 231410005986. 3s

19、mGMnnn0RStttt2210)()(ococSttattaat22sinCEaeFtSSKRVR )(0ocsttnMMsssEeMEsinsssEeeEfcos1coscossssEeEefcos1sin1sin2eEEefssscossin1arctan2sf000000002cos2sin2cos2sin2cos2sinicisirsrsrususuCCuCCCCu0rEears)cos1 ()(0oeittiiisincosryrxGAST)(oeoett )()()(00tttGASTtteoeoe)()(00tttGASTGASTesrade/1067115292. 75)(

20、00tGASToe)()(0tttteoeooeeoeeotttw)(0)()(13yxiRRZYXCS0sincos)()(13rriRRZYXCSiyiyxiyxZYXCSsincoscossinsincoscosCSTSZYXiiiiiiZYXcossin0sincoscoscossinsinsincossincosTSppppZYXYXYXZYX11001qGPS信号结构信号结构 q载波相位载波相位q伪随机码伪随机码q伪随机码的特性伪随机码的特性 qC/A码和码和P码的产生码的产生 Carrier Phase (Carrier Waves)fL1 = f0 x 154 = 1575.4

21、2MHzfL2 = f0 x 120 = 1227.60MHzequivalent wavelength： 1=19.03 cmequivalent wavelength： 2=24.42 cmqGPS信号结构信号结构 q载波相位载波相位q伪随机码伪随机码q伪随机码的特性伪随机码的特性 qC/A码和码和P码的产生码的产生 所谓伪随机码也称伪噪声码所谓伪随机码也称伪噪声码(Pseudo Random Noise Code PRN码码)，是可预先确定并可以重复产生和复制的，其统，是可预先确定并可以重复产生和复制的，其统计特性具有随机特性的二进制码序列。计特性具有随机特性的二进制码序列。 伪随机码可

22、以实现低信噪比接收，且可实现码分多址通讯，伪随机码可以实现低信噪比接收，且可实现码分多址通讯，此外伪随机噪声码还有高性的的保密性，这些特点符合了全此外伪随机噪声码还有高性的的保密性，这些特点符合了全球定位系统的要求。球定位系统的要求。 全球定位系统采用了一种易于产生，应用广泛的伪随机码全球定位系统采用了一种易于产生，应用广泛的伪随机码最长线性移位寄存器序列，简称最长线性移位寄存器序列，简称M序列。序列。M序列是由若干序列是由若干级带有特定反馈电路的移位寄存器产生的。而移位寄存器又级带有特定反馈电路的移位寄存器产生的。而移位寄存器又涉及到模二运算，因此在介绍伪随机码之间先介绍移位寄存涉及到模二运

23、算，因此在介绍伪随机码之间先介绍移位寄存器和模二运算。器和模二运算。 Pseudo Random Noise CodeGPS Ranging Code模 二 运 算1与 非 门2双 稳 态 存 储 器3移 位 寄 存 器4最 长 线 性 移 位 寄 存 器5M序 列截 短 码 、 复 合 码Gold码678011101110000111 11 11 111 1 1 1、模二运算、模二运算Pseudo Random Noise Signal GenerationModulo-2 recovery of GPS codeModulo-2 arithmetic: 0 + 0 = 0; 0 + 1 =

24、 1; 1 + 0 = 1; 1 + 1 = 0Bit shifts alignedMUST MOD-2 ADD RECEIVER-GENERATED CODE TO RECOVERACBDQQ反RSCP2、双稳态存储器、双稳态存储器Pseudo Random Noise Signal Generation移位寄存器是由数个串接的双移位寄存器是由数个串接的双稳态存储器和一个时钟脉冲发稳态存储器和一个时钟脉冲发生器产生。组成移位寄存器的生器产生。组成移位寄存器的每一个双稳态存储器称作移位每一个双稳态存储器称作移位寄存器的级。由寄存器的级。由r级双稳态存级双稳态存储器的构成的移位寄存器称为储器的构

25、成的移位寄存器称为r级移位寄存器。双稳态存储级移位寄存器。双稳态存储器可以是一个器可以是一个R-S（Reset-Set）触发器。如图是一种触发器，触发器。如图是一种触发器，它是由四个与非门构成它是由四个与非门构成 2、双稳态存储器、双稳态存储器当当CP = 0时，时，R = 1，S = 0或或R = 0，S = 1时，时，Q和和Q一个为高电平，另一个为低电平一个为高电平，另一个为低电平当当CP = 1时，时，R = 1，S = 0 Q = 0， =1R = 0，S = 1 Q = 1， =0 R = 0，S = 0 不定；不定；R = 1，S = 1 不变；不变；QQPseudo Random

26、 Noise Signal GenerationABCD四个与非门四个与非门与非门的特性：与非门的特性：11 = 1 取反取反 010 = 001 = 0 取反取反 100 = 0 在双稳态存储器中在双稳态存储器中R称为复位输入端，称为复位输入端，S称为置位输入端。称为置位输入端。RS4RS3RS2RS1CPRSRSSSRRQQQQQQQQ3、移位寄存器、移位寄存器Pseudo Random Noise Signal Generation若干个双稳态触发器按一定的方式串接起来构成一个移位寄若干个双稳态触发器按一定的方式串接起来构成一个移位寄存器。存器。 脉冲脉冲信号信号RS4 RS3 RS2

27、RS1000101100121100311104111151111Pseudo Random Noise Signal Generation由于由于RS4的输入的输入端始终为端始终为1，因，因此经过四次移位此经过四次移位后就全成为后就全成为1的的状态并保持下去。状态并保持下去。这样得到的这样得到的RS1输出端序列显然输出端序列显然不是随机序列。不是随机序列。 A1A2A3A4CP4 4、最长线性移位寄存器、最长线性移位寄存器Pseudo Random Noise Signal Generation一个普通的移位寄存器并不能产生一个伪随机序列。但是带有一个普通的移位寄存器并不能产生一个伪随机序列

28、。但是带有某些特定的反馈的移位寄存器的输出端可以产生一个伪随机序某些特定的反馈的移位寄存器的输出端可以产生一个伪随机序列。列。 SlipsA1A2A3A4A3+A410001121000030100040010151001161100070110181011090101110101011111011121110113111101401110150011016000111710000Pseudo Random Noise Signal Generation Properties of M Sequence我们可以看到我们可以看到A4的输出端：的输出端：1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1

29、0 1 1 1 1 0 这种序列具有周期性，一周期内包含这种序列具有周期性，一周期内包含15个码元（个码元（ ）这个长度称作该序列的码长。这个长度称作该序列的码长。这种序列取决于移位寄存器的初始状态和反馈电路。这种序列取决于移位寄存器的初始状态和反馈电路。反馈电路相同而初始状态不同的两个序列是完全等价的反馈电路相同而初始状态不同的两个序列是完全等价的，只要通，只要通过序列的平移就能获取与另一个序列完全相同的序列。过序列的平移就能获取与另一个序列完全相同的序列。 12154A1A2A3A4CP其它的反馈电路 Pseudo Random Noise Signal Generation Slips

30、A1A2A3 A4A1+A410001121000131100141110151111060111171011080101191010110110101101100120011113100101401000150010016000111710000Pseudo Random Noise Signal Generation Pseudo Random Noise Signal Generation但应注意的是，并不是所有的反馈电路都能产生伪随机码序但应注意的是，并不是所有的反馈电路都能产生伪随机码序列。对于四级移位寄存器而言，只能产生上述两种伪随机码列。对于四级移位寄存器而言，只能产生上述两种伪

31、随机码序列。序列。 由由r级移位寄存器连同某些特定的反馈电路可以产生码长级移位寄存器连同某些特定的反馈电路可以产生码长为为2r-1的最长线性移位寄存器序列，即的最长线性移位寄存器序列，即m序列。序列。m序列是一个序列是一个周期序列，每个周期包含周期序列，每个周期包含 2r-1 个码元个码元。 级数相同而反馈电路级数相同而反馈电路不同不同产生不同的码序列称为产生不同的码序列称为同族码序同族码序列列。通常采用多项式来表达这种反馈电路：。通常采用多项式来表达这种反馈电路： rrXCXCXCXF1100)(上面两图对应的表达式分别为：上面两图对应的表达式分别为： 431)(XXXF41)(XXXF q

32、GPS信号结构信号结构 q载波相位载波相位q伪随机码伪随机码q伪随机码的特性伪随机码的特性 qC/A码和码和P码的产生码的产生 Properties of M Sequencel统计特性统计特性l循环相加特性循环相加特性l相关特性相关特性 Statistic Properties of M Sequencel 码序列中两种元素出现的次数大致相等，相差码序列中两种元素出现的次数大致相等，相差1 1次。次。 0: 20: 2r-2r-2 1: 2 1: 2r-2r-2-1 -1 l 长度为长度为n n的元素的元素游程游程比长度为比长度为n+1n+1的元素的元素游程游程多一倍。多一倍。 游程即是连续

33、出现游程即是连续出现n n次同一元素叫作一个长度为次同一元素叫作一个长度为n n的游的游程。程。222211nrnrnnNN统计特性统计特性随机噪声、伪随机码的区别随机噪声、伪随机码的区别：M M序列是人造的不同于自然噪声或偶然误差序列是人造的不同于自然噪声或偶然误差 它是由一种叫作伪随机码发生器产生的，它是由一种叫作伪随机码发生器产生的，只要使用相同的伪随机码发生器，就可以产生完只要使用相同的伪随机码发生器，就可以产生完全一样的码序列。任何两批多次测量不能产生完全一样的码序列。任何两批多次测量不能产生完全相同的偶然误差；同样，人们也无法得到完全全相同的偶然误差；同样，人们也无法得到完全一样的

34、噪声。一样的噪声。它具有周期性它具有周期性( (噪声或偶然误差是无周期的噪声或偶然误差是无周期的) )M M序列的幅值始终为序列的幅值始终为1 1或或0 0 偶然误差序列幅值大的出现的机会小，幅值偶然误差序列幅值大的出现的机会小，幅值小的机会多，服从正态分布。小的机会多，服从正态分布。Comparison Between M Sequence and Random ErrorComparison Between M Sequence and Random Error相似：相似：M M序列与偶然误差都有具有统计特性序列与偶然误差都有具有统计特性出现正误差的机会和负误差的机会相等；出现正误差的机会

35、和负误差的机会相等；0 0和和1 1出现的概率大致相等。出现的概率大致相等。序列连续序列连续N+1N+1个个1(0)1(0)的机会比连续出现的机会比连续出现N N个个1(0)1(0)的机会少一倍；误差小的出现的概率大。的机会少一倍；误差小的出现的概率大。 循环相加特性循环相加特性 M M序列为周期序列，因此将一个序列为周期序列，因此将一个M M序列平移若序列平移若干个码元，仍然为原码元，只是初相不同。平移干个码元，仍然为原码元，只是初相不同。平移前后的两个序列称作前后的两个序列称作平移等价序列平移等价序列。 循环相加特性循环相加特性是指一个是指一个M M序列序列与平移序序列序列与平移序列的模二

36、和为此序列的平移等价序列。列的模二和为此序列的平移等价序列。nmpmmaaa dttStSTdttStSRTT021021)()(1)()()(互相关函数：互相关函数：自相关函数：自相关函数：dttStSRT)()()(101 ()() / RTPmmmPmmmbaPbaR111)()()(1)()()(11PmmmPmmmbaPbaRAutocorrelation and Correlation Function of M Sequence1111)(11PmPmmmPaaP=0 !=0 PaPaaPPmqmPmmm111)(11Autocorrelation Function of M S

37、equence 截短码截短码: :为了从码长为为了从码长为P P的的m m序列中获得一个序列中获得一个码长为码长为P(PP)P(PP)的码序列，可以通过对的码序列，可以通过对m m序序列截去列截去a=P-Pa=P-P来获得。来获得。 由两个或两个以上的小码的逻辑函数所构由两个或两个以上的小码的逻辑函数所构成的码序列称为复合码。成的码序列称为复合码。 如果由如果由n n个码长分别为个码长分别为P1P1、P2P2、PNPN的子的子码构成的复合码，且码构成的复合码，且P1P1、P2P2、PNPN互素。则复互素。则复合码的码长合码的码长P P为为P1P1* *P2P2* *. .* *PN.PN.。

38、截短码和复合码截短码和复合码m序列具有良好的自相关特性，但互相关特性不太序列具有良好的自相关特性，但互相关特性不太理想。理想。 一是互相关函数的最大值往往可以达到一是互相关函数的最大值往往可以达到1/3左右，左右， 二是虽然可以找到少量的二是虽然可以找到少量的m序列组成的组，在序列组成的组，在组内的互相关函数值较小，但组的数目较少，不能组内的互相关函数值较小，但组的数目较少，不能满足码分多址的需要。满足码分多址的需要。 因此在因此在m序列的基础上引入了序列的基础上引入了Gold码。码。 Gold Code设两个具有相同码长设两个具有相同码长P P的的m m序列序列a a与与b b babTab

39、Tabar22 形成一个周期序列，其码长仍为形成一个周期序列，其码长仍为P P，称为，称为GoldGold码序列。码序列。 G a babTi( , ) Gold Code GoldGold码序列族内，各序列间的码序列族内，各序列间的自相关特性和两两互相关特性取决自相关特性和两两互相关特性取决于于m序列的互相关函数序列的互相关函数 如果构成如果构成Gold码序列的两个码序列的两个m序列具有良好的互相关特性，则所序列具有良好的互相关特性，则所构成的构成的2 2r r+1+1个不同的个不同的Gold码将码将具有具有良好的自相关特性和良好的两两互良好的自相关特性和良好的两两互相关特性相关特性。Ran

40、ging Code：Coarse Acquistion CodeqGPS信号结构信号结构 q载波相位载波相位q伪随机码伪随机码q伪随机码的特性伪随机码的特性 qC/A码和码和P码的产生码的产生 Ranging Code：Coarse Acquistion CodeC/AC/A码码( (Coarse Acquisition Code),),也称粗捕获码。也称粗捕获码。 码长为码长为10231023比特。由于码长短，易于捕获。为了给所比特。由于码长短，易于捕获。为了给所有卫星赋以不同的码序列，有卫星赋以不同的码序列，GPSGPS的的C/AC/A码采用两个具有码采用两个具有良好互相关特性的同族码序列

41、构成的良好互相关特性的同族码序列构成的GoldGold码。码。1098632210311)(1)(XXXXXXXGXXXGP P码是由两个码长互素的码是由两个码长互素的m m序列组成的模二和复合码。序列组成的模二和复合码。 )()()(021tntXtXtPiiX1X1的周期为的周期为1.51.5秒，码长为秒，码长为15,345,00015,345,000码长；码长； X2X2码长比码长比X1X1长长3737个码元。这两个子码都是个码元。这两个子码都是2424位位移位寄存器产生的截短码；移位寄存器产生的截短码； 为一码元对应的时刻；为一码元对应的时刻； 是子码是子码X2X2的延迟参数，范围为的

42、延迟参数，范围为0 03636。0tinRanging Code：Precise CodeC/AC/A码码P P码码码码长长10231023.35 码元宽度码元宽度0.98s0.98s相当于相当于293.1 m293.1 m0.098s0.098s相当于相当于29.3 m29.3 m周期周期1ms1ms约约267267天天精度精度3 3米米0 0.3.3米米1014Properties of C/A Code and P CodeProperties of C/A Code and P CodeC/AC/A码作用：码作用： 1 1、精确、无模糊的测距（自相关特性）、精确、无模糊的测距（自相关特

43、性） 2 2、识别卫星（码分多址）、识别卫星（码分多址） （自相关特性（自相关特性+ +互相关特性）互相关特性） 3 3、调制导航信息、调制导航信息 4 4、快速捕获、快速捕获P P码码 C/AC/A码的捕获码的捕获v自动搜索检自动搜索检测自相关函数测自相关函数峰值峰值v搜索并跟踪搜索并跟踪载波多普勒，载波多普勒，实现载波匹配实现载波匹配v码搜索，实码搜索，实现最大自相关现最大自相关v9090秒秒C/AC/A码的捕获码的捕获Example Peak Correlation Outputs Receiver Processing for the GPS Waveform)cos()(/)(2)(

44、ttACtdStsC/A code waveformSignal power S(nW)50 Bits/sec data stream(1)1 Mbits/sec pseudo-random code (1)1575.42MHz L1 carrier frequencyTime(sec)Carrier phase(rad)Track the carrier to get delta pseudorange(doppler)Track C/A code to get pseudorangeDemodulate d(t) to strip off dataAmplify S for subsequ

45、ent processingAntenna picks up signals(pico-watts) and filters reject sidelobesSATELLITESIGNALRECEIVERPROCESSINGOnly L1 C/A codefrom single satelliteshown hereGPS Receiver FunctionsLocalOscillatorCode Offset DetectorCodeGeneratorPhase ErrorDetectorCarrierFrequencyGeneratorCodeErrorPhaseErrorFILTER15

46、75.42Mhz1MhzAMPLIFIER35dBMIXERGHz MHz 13 to 70MHzQuartz crystalRFIFIFLow noise preamplifier boosts signal levelCombines satellite signal with sinusoidal local signalRejects sidelobesANTENNA(pico-watts)L1 & L2 carrier waves modulated with C/A & P code signalCODE TRACKING LOOP(P or C/A CODE)CA

47、RRIER TRACKING LOOP(L1 or L2)Intercepts circular polarized signals from all visible satellitesConverts electromagnetic wave energy into electric current Delay lock loop aligns locally generated C/A code with satellites C/A code. Multiply and integration circuits automatically shifts its own code in

48、time & cross correlates Decodes 50 bits/sec data stream Uses handover word to lock onto P-code Aligns phase of local oscillator with IF beat frequency Measures current doppler shift from IF phase signal frequency difference (Costas loop)CodeLock LoopPhaseLock LoopPseudo-rangePseudo-range rateNav

49、igationProcessor Satellite selection Kalman filtering Navigation SolutionPure sinusoidal signalIntermediate frequency(IF)Carrier wave contains all of C/A code, P code and dataSignal travel time for each satelliteSatellite instantaneous doppler shiftReal-time Code Matching is Used to Identify Satelli

50、te and Measure Signal Travel Time1100011110100011Unique C/A code from satelliteIdentical C/A code from user110001111010001111000111101000111100011110100011SATELLITETransit time to user 1/11 secUSER SETGenerates code delay is transit time.Receiver slews(shifts) pulse train for match. Satellites uniqu

51、e C/A code identifies itself to receiver Satellite & user generate identical coded sequence starting at same time When satellite pulse train 1s and 0s match receiver pulse train 1s and 0s auto-correlation function value changes from 0 to 1+10NdtjtstsN0)()(1 After LOCK-ON user can measuretBCt Use

52、r clock bias results from not starting sequences at same time)(ts)(jts BCtTRtttLOCK-ONP-Code Receivers Match to C/A Code First and Then Decode Handover Word to Match to P-CodeTLMHOW30sec1200123012601500MULTIPLEXALMANAC/HEALTH STATUSTLMHOW30sec900930960MULTIPLEXMESSAGE1200TLMHOW30sec600630660EPHMERIS900TLMHOW30sec300330360EPHMERIS600TLMHOW30sec03060CLOCK CORRECTION300TLM=TELEMETRY WORDSHOW=HANDOVER WORDSDATA STREAM : 50-Bits/sec