卫星导航系统-第3讲-卫星导航基础知识-3-2

卫星导航系统-第3讲-卫星导航基础知识-3-2

卫星导航时间系统

含义：时间间隔和时刻

时间间隔：客观物质运动过程所经历的时间历程

时刻：客观物质运动某一个状态发生的瞬间，通常以离开时间坐标轴原点的距离来表示。

时间系统：原点（起始历元）和测量尺度（时间的单位）。

确定时间的基准

条件：

运动的周期具有充分的稳定性，即在不同时期该基准所表征的运动周期必须一致；

周期运动必须具有复现性，要求在任何地方、任何时间，该基准所表征的运动周期在实验中或观测中可以复现；

时间间隔的均匀性；

1、地球自转运动

2、地球公转运动

3、谐波振荡

分类

世界时（Universal Time， UT）：以地球的自转周期为基准获得的是世界时

恒星时

平太阳时

世界时

历书时（Ephemeris Time,ET）：以地球公转周期为基准获得的是历书时

原子时（Atomic Time，TA）：以谐波振荡为周期获得的是原子时

协调世界时（Coordinate Universal Time，UTC）：将原子时和世界时结合起来，就成为了协调世界时。

GPS时间系统（GPST）

GLONASS时间系统（GLONASST）

世界时（Universal Time，UT）

人类建立的第一个科学时间系统，以地球自转运动为基础。

恒星时：以春分点为参考点，由春分点周日视运动确定恒星日。

恒星时是地方时，在同一瞬间各地的恒星时不同；

春分点受岁差和章动影响：真春分点对应真恒星时；平春分点对应平恒星时；

由于地球自转的不均匀性，所以恒星时也是不均匀的；

平太阳时：以真太阳周日视运动的平均速度为基准。

世界时：以平子夜作为零时的格林尼治平太阳时，称为世界时。 以平子夜作为0时开始的格林威治 平太阳时 ,称为世界时，简称UT

世界时由于是来自于地球的自转引起的，由于地球长期趋势是越来越慢，会导致世界时得出的1s会越来越长；

通常将地球按子午线（连接南北极的线）划分为24个时区，每个时区以中央子午线（两天子午线的中间）的平太阳时为该区的区时，于是，零时区的平太阳时即为世界时。

中国的区时与格林时间时区相差了8个时区；

历书时：描述天体运动方程式中采用的时间系统或天体星历表中应用的时间，称为历书时；

以地球公转运动作为定义时间测量的基准。19世纪末，纽康根据地球绕太阳的公转运动编制了太阳星历表，人们以此作为历书时定义的基准；

特点：理论上是一种均匀的时间尺度，实际测定比较困难，精度低，不连续（随天文常数改变）。

原子时（Atomic，TA）

以物质内部原子运动的特征为基础，由于地球自转，与世界时不同步。

原点：1958年1月1日世界时零时的瞬间，与世界时衔接，实际原子时的原点:TA=UT2-0.0039s

尺度：位于海平面上的铯133原子基态两个超精细能级在零磁场中跃迁辐射的电磁振荡9192631770周所持续的时间，为以原子秒。

虽然精度比较高，但是和我们日常生活脱节比较大；

国际原子时（TAI）：

国际时间局通过对比国际上100多台原子钟（地方原子时）推算出的全世界统一的原子时。

BIPM依据全球约60个时间实验室中的大约240台自由运转的原子钟所给出的数据，经数据统一处理后来给出国际原子时的。

协调世界时（Coordinate Universal Time，UTC）以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间测量基准。

|协调世界时-世界时| < 0.9秒

跳秒：通常在6月30日晚上的23点59分60秒来调整一秒钟（基本加1秒钟）或12月31日最后一秒；

23h59m59s，23h59m60s（这里加了1秒）,00h00m,00s;

协调世界时是不连续的；

GPS时间系统（GPST）：它是全球定位系统自己建立并维持的原子时系统

原点：1980年1月6日0时（与协调世界时UTC一致）

尺度：与原子时秒长相等

是否跳秒：不跳秒（与UTC存在时差）

GPST与国际原子时TAI时间差

GPST=TAI-19（s）

GPST与协调世界时UTC之间的差距随时间逐渐增大，并将一直是秒的整数倍。

GLONASS时间系统（GLONASST）

GLONASS时属于原子时系统，其秒长与原子时秒长相同，并与莫斯科地区的协调世界时保持一致。

GLOBASST + C1 = UTC(SU) + 03h.00min

与GPST的不同：

与UTC（SU）同步跳秒，因而GLONASS时与协调世界时没有固定的整秒差值；

卫星通信调制技术

卫星导航频段

卫星导航频段的选择影响导航系统的传输容量、发射功率、卫星接收天线的大小，接收设备的复杂程度以及成本的高低。

选择频段的要求：

电波传播衰减尽可能小

天线接收的外界噪声要小

GPS距离地面20020KM

无线电波频率

频率范围 　　　　　　波长　　　　　　　　　　符号　　　　　　　　　　　　　　用途

3Hz-30kHz　　　　  104-108m        　　　　甚低频VLF　　　　　　　　　　　　音频、电话、数据终端长距离导航、时标

30-300kHz　　　　  103-104m　　　　　　低频LF　　　　　　　　　　　　　　导航、信标、电力线通信

300kHz-3MHz　　　102-103m　　　　　　中频MF　　　　　　　　　　　　　　调幅广播、移动陆地通信、业余无线电

3MHz-30MHz　　　10-102m　　　　　　　高频HF　　　　　　　　　　　　　　移动无线电话、短波广播、顶点军用通信、业余无线电

30-300MHz　　　　1-10m　　　　　　　　甚高频VHF　　　　　　　　　　　　电视、调频广播，空中管制、车辆、通信、导航

300MHz-3GHz　　10-100cm　　　　　　　特高频UHF

3-30GHz　　　　 1-10cm　　　　　　　　超高频SHF　　　　　　　　　　　　微波接力、卫星空间通信、雷达

30-300GHz　　　　1-10mm　　　　　　极高频EHF　　　　　　　　　　　　雷达、微波、射电天文学

107-108GHz　　  3*10-5cm-3*10-4cm    紫外可见光、红外　　　　　　　　　　光通信

波长越长穿透能力越强；

GPS的频率为1.5GHz

传输的导航电文要发送到地面接收的话，那么发送的导航电文可能是几十到几kHz，如果说从卫星上直接发送这个频率，从上面可以看出发送几kHz以下的只适合陆地表面的短距离通信，因为从卫星发射要穿过电离层，因为在低频的情况下很容易被电离层吸收；那大部分能量都被电离层吸收之后，那到达接收机的能量就非常非常小，就没法接收这个信号了。

那么要想把这些比较低的导航电文发送到地面，那就需要将这些低频率的导航电文搬到频率很高的地方来，怎么搬移呢，搬的过程就是要加一个载体，怎么加，就是指的信号调制

信号调制：

任何能量有限的信号都可以正弦波表示（FFT）：

c(t) = A . cos(ωt + φ);A:幅度，ω：频率，φ：相位

那么怎么加导航电文呢？

如果加到幅度就是调幅，加到频率就是调频，改变相位就是调相；

用一个信号（调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，产生已调制信号。

信号调制的目的：

基带信号（低频）的频谱变换到频带信号（带通信号）

实现信号远程传输

改变信号的频率，使不同的用户接收各自频段的信号

抗干扰

实现多址，提高频段利用率

调制方式

模拟调制：调制信号为连续型的正弦波调制。分为振幅调制、频率调制、相位调制；

数字调制：调制信号为数字型的正弦波调制；

振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）

载波---正弦波

调制信号（要发送的导航电文）---数字信号

振幅键控（ASK）

使载波的振幅随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。

在幅度调制方式中，两个不同载波信号的幅值分别代表两个二进制数字0和1.有时，也用恒定幅度的载波的有或无来代表二进制数字0和1.

上面图当中，中间的矩形波代表的是二进制的波形，通过调制之后形成了下面的正弦波，0对应最下面的幅度为1，1对应正弦波的幅度为2；

特点：线性调制，数字基带信号的频谱经过调制后被搬移到中心频率wc的载波频带上，而不改变其频谱结构。误码性能较差，功率利用不充分，卫星通讯较少使用。

效率也比较低、线性调制而且这种调制方式不可靠！！！！！！！！！！！！！！

频移键控（FSK）

使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。

两个不同频率的载波分别代表二进制数字0和1.

特点：抗干扰能力优于调幅，但频带利用率不高，也只在传输较低速率的数字信号时得到广泛应用。

相移键控（PSK）

利用原始信号控制载波信号的相位。

相位调制方式中，可以用不同相位的载波，如用相位为0和pi的载波分别表示二进制数字0和1，则为二相调制（BPSK）

四个离散相位状态分别表示两位的数字信号，称为四相调制（QPSK）。

QPSK信号的正弦波有四个可能的离散相位状态，每个相位可携带2个二进制符号。QPSK信号可表示为：

θi有四中变化，如θi可以取上面两种情况之后，可根据i=1,2,3,4来获得不同的相位值。

载波相位例中，看不清楚的是pi/4,3pi/4等。右边是在不同初始相位情况下的四种调制；

上面是二进制

上面是四进制情况

特点：最佳调制信号，相同条件下，PSK误码率最小，采用双相平衡调制方式具有很高的抗侦破能力。

为了区分不同卫星发射的信号，防止彼此之间发生干扰

多址技术（每个卫星都分配一个地址）

频分多址（Frequency Division Multiplexing Access， FDMA）

用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围

时分多址（Time Division Multiplexing Access，TDMA）

将可使用的卫星转发器在时间上分割成若干个互不重叠的时隙，各个站按分配的时隙使用。时隙在时域上是正交的，接收站利用定时信号来选择不同地址的信号。

码分多址（Code Division Multiplexing Access,CDMA）

通过不同的编码序列来区分不同的用户。所有用户可以使用同一个频率，但是每个用户都被分配带有一个独特的码序列，该序列码与所有其他用户的码序列相互正交性，各个用户相互之间也没有干扰。

直接序列方式（DS）

跳频方式（FH）

跳时方式（TH）

特点：频带利用率高、抗干扰、保密性、隐蔽性、灵活性以及抗频率选择性衰落等

空分多址（Space Division Multiplexing Access， SDMA）

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。