GPS卫星信号（一）：测距码信号

GPS卫星信号（一）：测距码信号

一．伪随机码

   1.码的基础概念

①.码    表达不同信息的二进制数及其不同组合。

②.码元  一位二进制数叫一个码元（0 或 1）。

③.编码  按某种标准用二进制表示信息的过程。

④.信息量  某种事情有2r种类型，可以用r位二进制数来表示，即含有r比特的信息量。

⑤.数码率  也称比特率，单位时间传输的码元。单位bit/s或bps或HZ。

⑥.码元宽度  传输一个码元所用的时间。

   2.随机（噪声）码

    ①. GPS信号中的关键技术：伪随机码扩频技术。

    ②. 随机码扩频优点：不仅能提高系统的导航定位精度，而且可以使系统具有极高的抗电子干扰能力和极强的保密性。

③. 随机码特点（良好的自相关性）

 **  随机码为非周期性序列，不存在任何编码规则，因此不能被复制。

 **  随机码序列中0和1出现的概率均为1/2。

 **  两随机码序列的模2和为0两码元相同；两随机码序列的模2和为1两码元相异；

     自相关函数=1时已对齐；自相关函数≠1时没有对齐。

 ④.模2和运算

   1 + 1 = 0， 1 + 0 = 1， 0 + 1 = 1，0 + 0 = 0 

3.伪随机码

      ⑴. 产生原因：随机码序列没有周期性，无法复制。

  ⑵. 定义：具有良好的自相关特性且有周期性，无法复制。

      ⑶. 产生装置：“多级反馈移位寄存器”。

  ⑷. 分类：截短序列、复合序列等。

二．伪随机码扩频与相关接收

△伪码扩频

 1.定义

   将原拟发送几十比特速率的导航电文变换成发送几兆甚至更高比特率的由导航电文和伪噪声码组成的组合码，称为伪随机码扩频，简称伪码扩频。

 2.优越性

 ①.保密性强： 信号深埋在噪声中，抗干扰

 ②.耗电量少： 降低了信噪比，节省卫星电能可以很小的发射功率实现2万公里的定位。

△伪码测距

 1.定义

      在计算卫星发射信号由卫星到用户的传播延时时，主要利用了为卫星发射信号中的伪随机码和地面GPS接收机中的复制跟踪伪码的相关技术，故称为伪码测距。

 

 2.基本原理

      利用一伪码延时锁相环路，使本地复制的跟踪码和接收到的伪码在码元上对齐，

也即是在时间上对准，再将跟踪伪码与本地的基准伪码进行比对，得到时间差。

 

△码分多址

 1.为什么用码分多址

  ①. 类型：频分多址FDMA、时分多址TDMA、空分多址SDMA、码分多址CDMA

  ②. 原因：同时观测多颗卫星，只有两个载频

  ③. 区别：GPS导航定位中采用码分多址，GLONASS采用频分多址

 2.什么是码分多址

   a. 所谓的码分多址，就是针对不同的GPS卫星，预先指定使用不同结构的伪随机码。

   b. 特点：每颗卫星的伪噪声码不同，因此可以按卫星所用伪随机噪声码的不同对卫星进行编号，即PRN编码。在导航定位中，均采用该码对卫星编号。

三．C/A码与P码

     △概述

  ①. 测距码是用于测定卫星到接收机间的距离的二进制码 

  ②. GPS卫星采用两种测距码，即C/A码和P码，两者都是伪随机码

      ③. C/A码是粗码，P码是精码。各个卫星所采用的的测距码互不相同且互相正交

     △C/A码

       1.定义

          C/A码用于分址、搜捕卫星信号和粗测距，是具有一定抗干扰能力的明码，提供给民用。

   2.产生

      C/A码是由两个10级移位寄存器相结合而产生的

       3.基本特性

      ①.时钟脉冲速率：1.023Mbit/s

        ②.码长1023bit，很短，易于捕获（捕获码）。

        ③.码元宽度Tc约等于977.5ns。

        ④.时间周期1ms，1sec对应的长度293Km。

        ⑤.不同的卫星具有不同的C/A码。

              ⑥.它是L1载波的调制信号。

          ⑦.测距误差2.93~29.3m，精度较低（粗码）。

      △P码

        1.产生：有两组各有两个12级反馈移位寄存器结合产生的。

        2.基本特性

          ⑴.时钟脉冲速率：10.23Mbit/s

      ⑵.伪噪声码的长度周期:6.187bit× 1012 bit

      ⑶.码元宽度是C/A码的1/10，Tp约为0.1µs

      ⑷.是L1、L2载波的调制信号

      ⑸.不同卫星具有不同的P码

             ⑹.测距误差0.29~2.93m，精度较高（精码）