卫星导航系统-第5讲-系统与信号-2-GPS卫星信号

卫星导航系统-第5讲-系统与信号-2-GPS卫星信号

1、载波

测距码--C/A码

C/A码（Coarse/Accuquisition Code）

由M序列优选对组合码形成的Gold码（G码）

码率：1.023MHz；

周期：1ms

1周期含码元数：1023；

码元宽度：293.05m=1*10-3 /1023 * 3 * 108；

仅被调制在L1上（目前L2上也调制有C/A码）

卫星发射信号是连续不断地发射信号

码长很短，可以在1秒钟搜索1000次。C/A码除了用于捕获卫星信号和提供伪距观测量外，还可以过度到捕获P码。

C/A码移位寄存器：由两个十级的线性移位寄存器来实现

由基准的时钟频率10.23MHz,然后经过分频除以10得到频率为1.023MHz;用这个时钟频率来控制这两个移位寄存器；

两个寄存器初始时刻都是全1的状态，初始时刻是在每周周六到周日的零时开始进行初始化，不管它之前是什么状态；

对于G2，每个卫星的selector是不一样的，比如卫星a是2,6;卫星b是3，7等等以此来区别卫星。

C/A码的特性

自相关性；

互相关性；

抗干扰能力；

自相关性（同一颗卫星的C/A码序列，当他们相位不一样的时候的情况），单位为码元

上面右图放大之后，得到左边的图，其自相关峰值近似是一个三角形；当t不等于零的时候，相关值有，但是很小；

从左图可以得出它的自相关的值有四个：1，0.0616，-0.0635，-0.001

C/A码互相关性（不同卫星的信号相关性）

可以从上图右看出，不同卫星的互相关结果，最大在0.06左右，最小在-0.06左右；互相关有三个值：0.0616，-0.0635，-0.001

所以相对自相关来说，互相关的值很小的；

所以说，我们接收到的信号是包括所有GPS卫星的信号，如果要识别某一颗卫星的话，那么对应的接收机只需要产生那颗卫星的对应的C/A码信号，然后用这个信号与接收信号进行互相关，通过峰值来判断是否接收到了对应的卫星。

测距码-P码

Precise Code

由两组12级反馈移位寄存器产生；         码率：10.23MHz；　　  码长：　     码元宽度：        周期： 　　　　　　　　　　；        码元宽度：29.30m；        被调制在L1和L2上。

首先D码被C/A码进行扩频，通过模二运算，上面红色的1.023MHz的C/A码，码元用0和1表示；而1个导航电文包含20个完整的C/A码周期；C/A码的周期为1ms，故导航电文周期为20ms；上面的50Hz的D码跟C/A码进行模二异或运算；扩频之后D码的频率就跟C/A码频率一样，就会表现出跟C/A码类似的特性；经过扩频之后，再与载波进行载波调制，如下

上面经过扩频之后的码对载波进行相位的变化；

中间的红色部分有一个20ms的周期，里面有20个1ms，1ms表示的是C/A码的周期，那1ms的C/A码周期有1023个码元。

GPS信号形成过程

首先C/A码或者D码经过扩频的方式得到一个序列，再和L1载波相乘，搭载到L1频率上；

GPS信号的数学表达式

在频域上看GPS是怎样子的

将载波和信号进行调制，如下图所示

对于载波信号来说只有一个频率，那它在频域里面就很简单只有一个向上的箭头；

那对于码来说（不管是扩频之后还是之前），它是一个方波，方波的频谱是一个函数的形式；

那么下面就是将码通过调制之后形成的频谱如右边所示，和扩频码是一致的；信号的带宽是多少，根据通信原理里面的基础知识呢，对GPS L1上调制C/A码，那么它的带宽是C/A码频率的2倍，则是2.046MHz。

GPS信号的频谱

因为L1上既有C/A码如上面的2.046MHz,也有P码20.46MHz，他们都被搬移到了对应的调制频率上来；

C/A码抗干扰性

抗白噪声干扰的能力

这点主要还是从C/A码的相关性来说的；

其中n(t)为噪声；

抗窄带干扰的能力

SA和AS

SPS与PPS

SPS:标准定位服务，使用C/A码，民用

PPS:精密定位服务，可使用P码，军用

SA(Selective Availability)

选择可用性：人为降低普通用户的测量精度。

方法：ε技术：轨道加绕（长周期，慢变化）；δ技术：星钟加绕（高频抖动，短周期，快变化）

AS（Anti-Spoofing）

反电子欺骗：P码加密，P + W = Y

美国政府于1991年7月1日实施SA技术，2000年5月2日解除。

完整GPS信号

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