GPS卫星信号体制研究(2)

GPS卫星信号体制研究

2 GPS信号组成

GPS发射的信号由3部分组成:导航码、测距码

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和载波,信号的结构如图2所示,总的来说GPS信号是经过两次调制得到的。

I第2;、3子帧的3~10字为数据块II,该部分是导航电文的核心部分,它包含了计算卫星位置的信息,因此又被称为卫星星历;第4、5子帧构成了数据块III,它提供GPS卫星的历书数据,根据历书数据只要用户捕获到一个卫星,就能计算出其它卫星的概略位置,这对于选择最佳的卫星星座,提高定位精度具有重要的意义。2.2测距码

GPS所用的测距码就是复杂的伪噪声码,它是由基本的伪噪声码经过截短、模二相加等操作得到的复合码,之所以选用伪噪声码是因为根据信息论可以知道白噪声是一种实现有效通讯的最佳信号,而伪噪声码是一种类似于白噪声的噪声,它不但与白噪声具有类似的功率谱密度还有良好的自相关和互相关特[5 7]性,因此便于GPS利用CDMA技术来区分卫星、传递信号。

图2 GPS信号组成原理

第1级调制是导航码与测距码进行相乘得到,这是第一步的扩频处理,这样做的原因是导航码的码率很低只有50bps,因此当它和高码率的测距码相乘的时候频谱得到极大地扩展,这样做的

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好处是安全性高,,1级扩频后的信号的频谱宽度近似于测距码的频谱宽度。第2级调制是利用1级调制得到的信号g与载波fL相乘,载波是一种频率很高的信号,当把加载在fL上以后,在空间进行传输的时候就减少了有用信号的损耗。2.1导航码

导航码又称数据码(或D码),它是卫星发射的基本数据,用户正是通过导航码获得一些计算卫星精确位置和信号传输时间的必需信息,同时还可以获得一些重要的辅助信息,比如GPS系统到UTC的转换。导航电文的基本格式如图3所示,由图3可以知道电文的比特率为50bps,一帧电文长度为1500bi,t包括5个子帧,每个子帧有10个字,每个字30bit。导航电文播发的时候前

3个子帧循环播发,4、5子帧顺序播发,因此导航电文完整的播发完毕需25帧,也就是需要750s。

图4 GPS码发生器

图3 导航电文格式

根据图4可以看出,C\A码是由G1和G2

通过模二相加得到的,其中G1和G2都是长度为1023的Gold码,所以得到的C\A码长度也是1023,周期为1023/1.023MHz=1ms,码片宽度为0.97752 s。这种组合码可以得到1023种,因此足以满足24颗卫星CDMA的需要,另外由于码元较宽,用C\A码进行测距时其误差较大,但是其易于捕获,

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便于进行快速的定位解算。

PX1X2到的,不同的是X2比X1长了37bit。其中X1是由两个12级的反馈移位寄存器,一个寄存器产生的m码经过截短得到长度为4092的X1a,另一个经过截短得到长度为4093的X1b,X1a和X1b经过模二相加得到长度为4092 4093的长周期码,再对其进行截短,得

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到周期为1.5s、码长度N1=15.345 10的X1。相同的步骤得到码长度N2=15.345 10+37bi,t于是P码长度N=N1 N2=235469592765000,周期z6

每帧电文中第一个字为遥测字,作用是作为捕获

电文的前导;第二个字是转换字,主要功能是提供用

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