GPS原理第四章GPS卫星导航电文和卫星信号课件

第四章GPS卫星导航电文和卫星信号卫星导航电文1第四章GPS卫星导航电文和卫星信号卫星导航电文14.1卫星（导航）电文作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。基本结构24.1卫星（导航）电文作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟卫星（导航）电文基本内容3卫星（导航）电文基本内容3卫星（导航）电文遥测字（TLM–TelemetryWord）每一子帧的第1个字用作捕获导航电文的前导交接字（HOW–HandOverWord）每一子帧的第2个字主要内容：Z计数4卫星（导航）电文遥测字（TLM–TelemetryWo卫星（导航）电文第一数据块第1子帧的第3~10个字内容：WN–GPS周L2所调制测距码标识符–“10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码传输参数N–URATGD–信号在卫星内部的时延星钟数据龄期AODC星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）5卫星（导航）电文第一数据块5卫星（导航）电文第二数据块第2、3子帧的第3~10个字内容该发送信号卫星的星历－广播星历星历参数6卫星（导航）电文第二数据块6卫星（导航）电文第三数据块第4、5子帧的第3~10个字内容：所有卫星历书（概略星历）第三数据块的内容每12.5分钟重复一次7卫星（导航）电文第三数据块74.2GPS卫星信号GPS卫星信号结构84.2GPS卫星信号GPS卫星信号结构8GPS卫星信号的要求适应多用户系统的要求满足实时定位的要求满足高精度定位的要求满足军事保密的要求9GPS卫星信号的要求适应多用户系统的要求9概述GPS卫星信号的组成部分载波（Carrier）L1L2测距码（RangingCode）C/A码（目前只被调制在L1上）P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）卫星（导航）电文（Message）GPS卫星信号的生成关键设备–原子钟10概述GPS卫星信号的组成部分10GPS卫星的基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生频率为10.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频11GPS卫星的基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生11载波①作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后增加L5–频率：115f0=1176.45MHz；波长：25.48cm12载波①作用12载波②特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）13载波②特点13测距码①作用测距性质为伪随机噪声码（PRN－PseudoRandomNoise）不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数）对齐的同一组码间的相关系数为114测距码①作用14测距码②类型目前C/A码（Coarse/AcquisitionCode）–粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上P（Y）码（PreciseCode）–精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上现代化后在L2上调制C/A码在L1和L2增加调制M码15测距码②类型15基本观测量观测站（用户接收天线）至GPS卫星（信号发射天线）的距离（或称信号传播路径），通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间延迟），或者测定卫星载波信号在该路径上的变化的周数来导出的。16基本观测量观测站（用户接收天线）至GPS卫星（信号发射天线）GPS卫星的测距码信号GPS卫星所发射的信号，包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或称D码）等多种信号分量P码和C/A码统称为测距码17GPS卫星的测距码信号GPS卫星所发射的信号，包括载波信号、码和码的产生有关码的基本概念广泛使用二进制数进行编码（0和1），按照一定的规则进行组合成为编码。随机噪声码码是表达某种信息的二进制数的组合，是一组二进制的数码序列。对一组码序列u（t），对某一时刻来说，码元是0或1完全随机的，但其出现的概率都为50％，无规律，通常叫随机码序列，也叫随机码噪声序列。特点是自相关性好，有利于提高GPS卫星码信号测距的精度。非周期的序列，不符合任何编码规则，这样就无法复制和利用。伪随机噪声及其产生GPS采用伪随机噪声码（PseudoRandomNoice-PRN)。特点是：良好的自相关性，具有某种确定的编码规则。是周期性的，可以复制。18码和码的产生有关码的基本概念18伪随机码的组成由一组连在一起的存储单元组成，每个存储单元只有0或1两种状态。移位存储器的控制脉冲有两个：钟脉冲和置“1”脉冲。移位存储器就是在钟脉冲的驱动及置“1”脉冲的作用下而工作的。19伪随机码的组成由一组连在一起的存储单元组成，每个存储单元只C/A码由两个10级反馈位移寄存器相组合而产生。C/A码的码长很短，易于捕获。C/A码共有1023个码元，若以50秒的速度搜索，只需20.5秒就可。由C/A码易于捕获，知道C/A码可以方便的捕获P码，所以又被称为“捕获码”。码元宽度大。由于其精度低，又叫粗码。20C/A码由两个10级反馈位移寄存器相组合而产生。20P码采用两组各由12级反馈移位寄存器构成。采用先搜索C/A码的办法，来捕获P码。P码用于精密定位，故通常称之为精码。21P码采用两组各由12级反馈移位寄存器构成。21C/A码与P码的比较C/A码P码码长码元宽周期数码率1023比特1ms1.023Mbits/s0.97752us267天10.23Mbits/s0.097752us2.35*101422C/A码与P码的比较C/A码P码码长码元宽周期数码率1023第四章GPS卫星导航电文和卫星信号卫星导航电文23第四章GPS卫星导航电文和卫星信号卫星导航电文14.1卫星（导航）电文作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息以及C/A码转换到捕获P码的信息。基本结构244.1卫星（导航）电文作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟卫星（导航）电文基本内容25卫星（导航）电文基本内容3卫星（导航）电文遥测字（TLM–TelemetryWord）每一子帧的第1个字用作捕获导航电文的前导交接字（HOW–HandOverWord）每一子帧的第2个字主要内容：Z计数26卫星（导航）电文遥测字（TLM–TelemetryWo卫星（导航）电文第一数据块第1子帧的第3~10个字内容：WN–GPS周L2所调制测距码标识符–“10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码传输参数N–URATGD–信号在卫星内部的时延星钟数据龄期AODC星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）27卫星（导航）电文第一数据块5卫星（导航）电文第二数据块第2、3子帧的第3~10个字内容该发送信号卫星的星历－广播星历星历参数28卫星（导航）电文第二数据块6卫星（导航）电文第三数据块第4、5子帧的第3~10个字内容：所有卫星历书（概略星历）第三数据块的内容每12.5分钟重复一次29卫星（导航）电文第三数据块74.2GPS卫星信号GPS卫星信号结构304.2GPS卫星信号GPS卫星信号结构8GPS卫星信号的要求适应多用户系统的要求满足实时定位的要求满足高精度定位的要求满足军事保密的要求31GPS卫星信号的要求适应多用户系统的要求9概述GPS卫星信号的组成部分载波（Carrier）L1L2测距码（RangingCode）C/A码（目前只被调制在L1上）P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）卫星（导航）电文（Message）GPS卫星信号的生成关键设备–原子钟32概述GPS卫星信号的组成部分10GPS卫星的基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生频率为10.23MHz卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频33GPS卫星的基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生11载波①作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cmL2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后增加L5–频率：115f0=1176.45MHz；波长：25.48cm34载波①作用12载波②特点所选择的频率有利于测定多普勒频移所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）35载波②特点13测距码①作用测距性质为伪随机噪声码（PRN－PseudoRandomNoise）不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数）对齐的同一组码间的相关系数为136测距码①作用14测距码②类型目前C/A码（Coarse/AcquisitionCode）–粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上P（Y）码（PreciseCode）–精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上现代化后在L2上调制C/A码在L1和L2增加调制M码37测距码②类型15基本观测量观测站（用户接收天线）至GPS卫星（信号发射天线）的距离（或称信号传播路径），通过测定卫星信号在该路径上的传播时间（时间延迟），或者测定卫星载波信号在该路径上的变化的周数来导出的。38基本观测量观测站（用户接收天线）至GPS卫星（信号发射天线）GPS卫星的测距码信号GPS卫星所发射的信号，包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或称D码）等多种信号分量P码和C/A码统称为测距码39GPS卫星的测距码信号GPS卫星所发射的信号，包括载波信号、码和码的产生有关码的基本概念广泛使用二进制数进行编码（0和1），按照一定的规则进行组合成为编码。随机噪声码码是表达某种信息的二进制数的组合，是一组二进制的数码序列。对一组码序列u（t），对某一时刻来说，码元是0或1完全随机的，但其出现的概率都为50％，无规律，通常叫随机码序列，也叫随机码噪声序列。特点是自相关性好，有利于提高GPS卫星码信号测距的精度。非周期的序列，不符合任何编码规则，这样就无法复制和利用。伪随机噪声及其产生GPS采用伪随机噪声码（PseudoRandomNoice-PRN)。特点是：良好的自相关性，具有某种确定的编码规则。是周期性的，可以复制。40码和码的产生有关码的基本概念18伪随机码的组成由一组连在一起的存储单元组成，每个存储单元只有0或1两种状态。移位存储器的控制脉冲有两个：钟脉冲和置“1”脉冲。移位存储器就是在钟脉冲的驱动及置“1”脉冲的作用下而工作的。41伪随机码的组成由一组连在一起的存储单元组成，每个存储单元只C/A码由两个10级反馈位移寄存器相组合而产生。C/A码的码长很短，易于捕获。C/A码共有1023个码元，若以50秒的速度搜索，只需20.5秒就可。由C/A码易于捕获，知道C/A码可以方便的捕获P码，所以又被称为“捕获码”。码元宽度