2022年GPS北斗学习笔记

1、影响捕获算法的两个因素： 1 ,捕获的数据长度,对于信噪比比较高的信号,捕获的数 据长度取 1 2ms 即可, 对于脆弱信号增加数据长度可以提高捕获的信噪比, 去 410ms；2, 多普勒频移搜寻的步长； GPS 信号采样频率不能PRN 码速率的整数倍,否就将导致采样与 PRN 码同步,当 使 用两组时差小于单位采样时间的采样点采样时总会得到相同的采样数据； 是 中得到的 PRN 码的起始点初始相位的精确解的精度不会高于单位采样时 数字信号处理过程 间； 实际中,采样频率不能是 PRN 加上或者减去多普勒频移所得的频率值的整数倍,甚至 也不要接近这个频率值的整数倍, 否就采样数据会比较接近,

2、需要较长的时间的数据才能检 测到采样数据的时间差； 由于 C/A 码的周期是 1ms,要完成码的剥离必需搜寻到码相位, 所以使用的捕获数据的 最小长度是 1ms； 当码相位搜寻步长由 1 个采样点增加到 n 个采样点（ 1/2 个码元）是,输出信噪比变化 第 1 页,共 4 页不大,基本不会影响捕获； 但是超过这个值, 卫星信噪比会严肃衰减, 从而使捕获才能减弱； 频率步长的选择范畴是 0 到单次相关运算捕获数据长度的倒数, 频率步长增加时, 捕获 速度减慢,捕获精度提高,捕获才能提高； 次序搜寻算法的捕获速度随着 N 和 K 的增加或者频率步长的减小而减慢,捕获精度取 决于开头是码相位搜寻步

3、长和频率搜寻步长的设置,捕获才能随着 N 和 K 的增加或者频率 步长的减小而增加；综合各方面的考虑,当取 N=1,K=1,频率步长 step=500Hz 时可以得到 比较理想的捕获性能； 基于圆卷积的 FFT 捕获算法捕获速度取决 捕获的码相位精度为单位时间的采样时间间隔, 于 K 值的增加和步长削减而增强； K 值的增加,与次序搜寻算法相比要快得多, 频率解精度取决于步长设置, 捕获才能随着 在捕获精度方面, 次序捕获算法和 FFT 频域搜寻算法码相位精度都可以调 但是基于 圆卷积的 FFT 捕获算法的码相位搜寻步长只能取一个采样点,在捕获数据长度不变的情形 剂, 下,次序捕获算法和基于圆

4、卷积的捕获算法的频率搜寻步长都能调剂, 但是 FFT 频域搜寻法只能依靠增加数据长度来提高频率解精度； 算 在捕获才能方面, 等捕获速度相同的条件下, 的卫星； 基于圆卷积的 FFT 捕获算法可以捕获更 多 通过测量本地 PRN 序列的真实起始点可以获得精确的时间解,而要想获得输入信号中 的真实起始点的方法：使用三种信号：即时,超前和滞后信号；本地产生的 PRN 码看成是 即时码,在这个基础上,以固定间隔生成超前和滞后码； 扩频通信的意义：在给定的传输速率 C 下,频带宽度 W 和信噪比 P/N 是可以相互转化 的,即可以通过增加频带的方法, 在较低的信噪比情形下传输信息； 扩展频谱换取要求的

5、信 噪比降低,就是扩频通信的重要特点； GPS 电文格式：接收电文数据为 50Hz,每帧数据 1500bit ,分为 30s 传送,分成 5 个子 帧,每个子帧 300bit ,6s 传送,传送完整的历书需要 25 帧, ,GPS 接收机 一旦开头工作就必需一次性将历书接收完整；每个子帧 每个字最终 6bit 均为奇偶校验码； 300bit 分成 10 个字,每个字 30bit , C/A 码由两个十级线性反馈移位寄存器依据不行分解的多项式组合而成； 寄存器有共同 的 的时钟驱动,全部寄存器置一个初始状态,两个十级移位寄存器分别为 G1 和 G2,其中 G2 输出抽头准备了不同的 C/A 码,

6、 G1 的输出抽头固定为第十级寄存器, G1 和 G2 的输出抽头进行抑异或,结果为 C/A 码序列； 在一般的通讯中载波的作用是传送运输调制信号, 号后, 载波就不再起作用了； 但在全球定位系统中, 当调制波到达接收机并解调出调制信 载波除了更好的传送测距码和导航电文 外,本身也被当作一种测距信号来使用；载波相位测量的精度很高,在高精度 GPS 定位中 应用相当的广泛； 由于 m 序列的周期性,其自相关函数也是一个周期函数；并且当两个差在 m 序列彼此的偏 一个码位以内时,其相关函数值急剧增大,而在一个码位以外,函数值很小； Gold 码是由两个长度相同的相互关系数极大值为最小的 序列； m

7、 序列逐位模 2 加所得到的码 用户位置可以用四颗卫星的数据,接受最小二乘法求解； 在多普勒频移测量方面, 为了防止显现多普勒计数的双值性, 用户接收机不是直接测量 接收频率与发射频率之差,而是测量接收频率与本机基准频率之差,求其多普勒计数值； 依据 DSP 的特点,FPGA 使用双缓冲区方 将数控 AGC 输出的 16 个 Zbit 数据拼成 32bit 式, 6000 个 32bit 数据；假如填满当前缓冲区, 储存在当前缓冲区中并且每个缓冲区最多储存 自动切换到下一个缓冲区,同时向 DSP 发出中断,通 DSP 读取数据； 知 第 2 页,共 4 页DSP 主要完成的任务：数字混频,伪码

8、相关,捕获跟踪； 解扩通过本地伪码信号和接收信号相乘实现,解扩之后,复原出原始的窄带数据信号, 同时噪声, 多址干扰等不相关的信号仍然保持为宽带信号, 经过低通滤波器就可将杂质信号 的大部分滤除；传统的 GPS 接收机中,包括了伪码解扩和数据解调两个过程,解扩在码延 迟锁定环中完成,得到数据码调制的载波,在用一个 到数据码； 我国北斗二代导航系统的最新进展： 预备 OS 服务模式的调制方式修改成如下： Costas 环就可以将载波剥离,最终得 中心频率： 1575.42MHz ,码速率： ,符号速率（导航码速率） 制方式： ： 50/100Hz；调 MBOC（ 6, 1, 1/11）；关于 M

9、BOC6,1,1/11：这是从频域上对 MBOC 进行了定义,其功率谱密度是数据通道信 号和导频信号的联合功率谱密度；其功率谱密度表达式为： G signal f 10 G 11 BOC 1,1 f 11 1 G BOC 6,1 f 式中 1/11 指数据和导频通道中 BOC6,1 的功率只和占总功率的 1/11； 北斗系统定时播发时钟同步信号,全部北斗终端可输出北斗系统的精确时间信息 , 以校对 SCADA 系统各类设备的时钟,保证系统同步；北斗导航系统的主要特点是将精确定位和短电文通信两项功能结合在一个系统中； 北斗系统具有定位,短数据通信和授时功能； 授时： PNT 将来全球导航卫星系统

10、 GNSS包括：北斗 /GPS/GLONASS伽 / 利北斗导航相对与其他卫星导航系统的显著优势在于可为卫星导航用户供应系统级 略； 服务；例如：针对授时用户,特地搭载单向和双向授时信息； 通过授时完成与系统之间的 时间和频率同步,供应 100ns（单向）和 20ns（双向）的时间同步精度； “北斗一号” 系统是双向的, 用户第一发射需要定位的信号, 通过卫星转发至地面 把握中心, 地面把握中心解算出位置后再通过卫星转发给用户, 信功能,但是有容量限制； 这实际上是既有定位又有通 除了有北斗用户机之外,仍需要到北斗星通公司办理确定的手续才能使用北斗系 统； 该系统用户容量通常每小时仅为 540

11、000 次； 北斗一号卫星定位系统由两颗地球静止卫星（ 80E 和 140 E）,一颗在轨备份卫 星（ 110.5 E）,中心把握系统,标校系统和各类用户机等部分组成； 北斗一号的掩盖范畴是北纬 555,东经 70140之间的心脏地区,上大下小, 最宽处在北纬 35左右,其定位精度为水平精度 100 米,设立标校站之后为 20 米,公共频 率 ； 定位原理：以 2 颗卫星的已知坐标为圆心,各以测定的本星至用户机距离为半径, 形成 2 个球面, 用户机必定位于这 2 个球面交线的圆弧上； 电子高程地图供应的是一个地心 为球心, 一球心至地球表面高度为半径的非均匀球面； 求解圆弧线与地球表面交点即

12、可获得 用户位置； 的产业； 卫星导航应用产业, 已成为世界八大无线产业之一, 也是全球信息产业中进展最快 北斗系统是双星有源定位, 可以全天候, 全天时供应区域卫星导航信息的导航系统； 卫星并不发射导航电文, 也不配备高精度的原子钟, 只是用于在地面中心站与用户 第 3 页,共 4 页之间进行双向信号中继； 用户终端为仅带有定向天线的收发器, 用于接收中心站通过卫星转发来的信号和向 中心站发射通信请求,不含定位解算处理器,设备相对比较简洁； 用户机； 终端可以分为定位通信型（基本型用户机） ,通信型,授时型和治理型（指挥型） 用户仍可以进行精密授时 ,地面中心站将发送标准时间和卫星的位置信息

13、；用户进 行单向授时时, 接收此信号与本地时钟进行比对, 运算出差值, 然后调整本地时钟与标准时 间对齐,单向授时精度为 100ns；进行双向授时时,就将对比结果经卫星装发回地面中心, 由地面中心运算出本地时钟和标准时间的差值, 再经两颗卫星之一转发给用户, 用户按此事 件调整本地时钟与标准时间信号对齐,双授时精度为 20ns； 北斗用户容量取决于卫星的可用频带宽度, 信号的调制和编码方式以及地面中心站 的运算速度, 用户容量是有限的； 仍取决于用户答应的信道堵塞率, 询问信号速率和用户的 响应频率；赤道地区的精度比较低；极高纬度因不能有效掩盖而无法使用； 北斗导航系统具有用户与用户,用户与地

14、面把握中心之间双向数字报文通信才能, 一般一次可以传输 36 个汉字,进核准的用户利用连续传输方式可以传输 120 个汉字； 北斗导航系统是主动式双向测距二维导航； 北斗系统的缺陷： 一是用户定位的同时失去了无线电隐匿性, 在军事上不利； 二是 设备必需包含发射机,在体积,重量,价格和功耗方面处于不利的位置； 北斗导航定位系统是由太空的导航通信卫星,地面把握中心和客户端三部分组成； 号； 客户端是直接由用户使用的设备, 主要用于接收地面把握中心经卫星转发的测距信 北斗系统接受它接受码分多址 CIhtA 制式,抗干扰性能大大优于现有的卫星导航 系统； 由于是同步卫星,相对于终端来说, 下行波束的

15、角度很窄,也就是说, 运动的地面 终端必需不断调成天线的指向,在车船上,是靠一整套的稳固装置,对于高速运动的设备, 这是几乎做不到的； 工作频段 :中心站至卫星 C 波段,上行 6 GHz,下行 4 GH；用户机至卫星,上行为 L 波段 1 610MHz 一 1626.5MHz ,下行为 S 波段,24 83.5MHz 一 25 00M Hz. 传输速率 :上行 5kbps,下行 ；用户机对卫星的可工作仰角范畴 :10一 75； GPS 传输的中心频率, 和 ； 是 格鲁那斯传输的中心频率是 , 和 ； 北斗调制的方式为 QPSK BPSK； GPS 获得时间同步的方式 和 使卫星和接收机同步以使之在完全相同的时间内产生 相同的码字； 然后我们所要做的就是从卫星接收码字, 为： 在回头看看在多久之前我们的接收机 生成了相同的码,时间差就是信号抵达我们的时间； 北斗二代的中心频率大