3.GPS信号与接收机

发射接收技术

GPS卫星的星历

卫星星历：描述卫星运动轨道的信息GPS星历预报星历(广播星历) 后处理星历(精密星历) 轨道参数

预报星历

轨道摄动改正项根据观测资料计算的卫星星历

后处理星历

发射接收技术

卫星星历是描述卫星运动轨道的信息。 1.预测星历 广播星历：包括相对某一参考历元(1)的开普 勒轨道参数(6)和必要轨道摄动改正参数(9) 精密星历：采用P码发送的卫星星历，达到5m 的精度。 2.后处理星历 一些国家和组织部门利用自建立的卫星跟踪网 所获得的对GPS卫星的精密观测资料，应用与确 定广播星历类似方法计算得到的卫星星历，事后 向用户提供。

发射接收技术

GPS信号与接收机 GPS卫星信号结构 GPS卫星导航电文 GPS卫星位置和速度计算 GPS接收机

发射接收技术

GPS卫星信号结构

发射接收技术

GPS卫星信号构成测距码 P码(Y码) C/A码 伪随机码

GPS卫星信号

数据码(导航电文) 载波 L1载波 L2载波 L波段

L1载波 L2载波

f1 1575.42MHz f 2 1227.60MHz

1 19.03cm 2 24.42cm

发射接收技术

GPS卫星信号的组成部分 载波(Carrier) L1 L2 测距码(Ranging Code) 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

发射接收技术

GPS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f L1 154 f 0 1575.42MHz; L1 19.03cm f L 2 120 f 0 1227.60MHz; L 2 24.42 cm C / A码码率 f 0 10 1.023MHz; P码码率 f 0 10.23MHz; 卫星(导航)电文码率 f 0 20460000 50 Hz

发射接收技术

GPS卫星信号的载波和调制GPS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f0=10.23MHz的控制下产生，采 用正交2PSK调制。基本频率 10.23MHz

204600 10L1载波 C/A码 1.023MHz P码 10.23MHz P码 数据码 50BPS 数据码

154 120

1575.42MHz L2载波 1227.60MHz

10.23MHz

50BPS

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GPS载波信号基本频率控制产生三种信号分量f 0 10.23MHzL2 Carrier 1227.6 MHz

f0 x 120f0 x 154 f0

L1 Carrier 1575.42 MHz

Clock O utput 10.23 MHz

Two Carrier Frequencies(载波频率) L1 is 154 x f0 = 1575.42 MHz, which has a wavelength of 0.19 m L2 is 120 x f0 = 1227.6 MHz, which has a wavelength of 0.24 m

发射接收技术

GPS信号时域表示 SiL1(t)=APPi(t)Di(t)cos(ω1t+ψ1i)+ AcCi(t)Di(t)sin(ω1t+ψ1i) SiL2(t)=BPPi(t)Di(t)cos(ω2t+ψ2i)

发射接收技术

L1 载波

调制

C/A码 P码(Y码) 数据码-3 -2

y = sin x y 1

调制

2

3

x

L2 载波

P码(Y码) 数据码

-1

发射接收技术

载波① 作用 搭载其它调制信号 测距

测定多普勒频移L224.42c m 19.03c m

L1

类型

目前 L1 – 频率： 154 f0 = 1575.43MHz;波长：19.03cm L2 – 频率： 120 f0 = 1227.60MHz;波长：24.42cm 现代化后 增加L5 – 频率：115 f0 = 1176.45MHz;波长：25.48cm

发射接收技术

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)

发射接收技术

测距码① 作用 测距 编码增益，抗干扰

性质 为伪随机噪声码(PRN - Pseudo Random

Noise) 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1

发射接收技术

测距码② 类型 目前 C/A码(Coarse/Acquisition Code) – 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(Precise Code) – 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

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现代化GPS信号结构GPS 现 代 化 实 施之前

2003年以后 L2增加C/A码

2005年以后 增加L5,M码

图1 GPS信号结构