GPS信号格式和导航电

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1、卫星导航原理及应用技术北京航空航天大学电子信息工程学院204教研室秦红磊电话：010－82316491Email:qhlmmm@sina.comGPS信号结构与导航电文5.1GPS信号结构5.2GPS卫星的导航电文GPS卫星信号示意图5.2GPS信号结构GPS信号GPS的所有信号分量都是基于同一个频率产生的：两种载波，即：GPS卫星信号的两种信号分量：测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上的，且调制码的幅值只取0或1。自相关特性复制信号接收机产生与卫星相同的信号。伪距测量基本原理利用一伪码延时锁相环路，使本地复制的跟踪伪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

2、基准伪码进行比对，得到时间差。假如驱动本地伪码的用户GPS接收机时钟（简称站钟）和卫星中产生伪码的时钟（简称星钟）完全同步，则测得的时差即为电波自卫星到用户的传播延时，相应于获得卫星与用户之间的真实距离。若星钟与站钟不同步，则测得的距离中含有时间误差导致的不精确成分，此时的距离称为伪距。GPS信号粗测距码（C/A码）伪噪声码的长度周期:1023bit码元宽度：约为293.1m伪噪声码的重复周期：1ms时钟脉冲速率：1.023Mbit/s精码（P码）伪噪声码的长度周期:6.187bit×bit码元宽度：约为29.3m伪噪声码的重复周期：7d时钟脉冲速率：10.23Mbit/s可以加密反欺骗技术

3、（A/S）GPS信号导航电文1500bit播发速率50bit/s数据广播星历（S/A）卫星时钟校正（S/A）历书数据电离层校正数据卫星健康状况GPS信号选择可用性技术（S/A）人为地引入干涉信号，显著地降低非特许用户用GPS信号作实时导航定位测量时的精度。SA技术包括对GPS卫星基准频率所采用的δ技术，对卫星导航电文所采用的ε技术，对P码所采用的译密技术。δ技术是将卫星的基准频率（10.23MHz）施加高频抖动噪声信号。该信号使由基准频率派生出来的所有信号都会出现高频抖动，从而造成测距误差和测速误差。ε技术是将卫星发送的GPS卫星轨道参数人为地施加一个慢变偏移，使广播星历精度由原来的15m左

4、右降到75m以上；达到降低用户定位精度的目的。GPS信号反欺骗技术（A/S）它是将更加保密的W码与P码模二相加形成Y码。使得非特许用户无法接收载波上的P码。更不能利用P码实行定位，也不能用P码和C/A码的相位观测量进行联合测算。伪距测量如何将传送的信号进行编码PRN码产生器异或二进制函数线性反馈寄存器C/A码P码如何形成伪距测距离散自相关技术在载波上,调制有C/A码、P码（或Y码）的数据码，完整的信号结构为：在载波上，只用P码进行双相调制，其信号结构为：最远的距离＝25785×103，发射功率为(14.3dBW＋14.7dBW)，则接收机接收到的功率为-157.8dBW，如果考虑大气损耗，接

5、收机接收到的信号最小为160dBW一般条件下，GPS信号到达地面的强度大约为-130dBm/2MHz，室温下的热噪声大约为-111dBm/2MHz，因此，信噪比S/N为-19dB。另外一个表示信噪比的方法是载噪比C/N0(CarriertoNoise)，其参考带宽为1Hz。室温下的热噪声为-174dBm/Hz，C/N0＝44dB(-130+174)。在这个强度下，信号很容易被处理。GPS卫星天线增益GPS接收机接收功率表L1和L2导航卫星信号的功率预算下表列出了对于BLOCKⅡGPS卫星来说导航信号功率预算标，此表来自[Townsend,B-277-283]。参数L1(P)L1(C/AL2(

6、P)用户最低接收功率-163dBW-160dBW-166dBW用户天线增益3.0dB3.0dB3.0dB自由空间传播损耗184.4dB184.4dB182.3dB总的大气损耗2.0dB2.0dB2.0dB极化失匹配损耗3.4dB3.4dB4.4dB所要卫星的EIRP+23.8dBW+26.8dBW+19.7dBW卫星天线增益@14.3º最差情况BLOCKⅡ13.5dB13.5dB11.5dB离轴角+10.3dBW+13.4dBW+8.2dBW卫星天线所要求的最低输入功率10.72W21.88W6.61WGPS测距法载波f=1.5GHz→λ=20cm→2mm码元时间t≈1μs→λ=300m→3

7、mPRN码t=1ms→λ=300km→3km数据位t=20ms→λ=6E3km→60km遥测字（TLM）t=6s→λ=2E6km→20000kmGPS码发生器示意图C/A码是用于跟踪、锁定和测量的伪随机码。它的码率是1.023MHz，周期为1ms，因而在一个周期中有1023个码位。它是由m序列优选对组合码形成的Gold码（G码）。在上图中,和分别为两个10级线性移位反馈寄存器。两个移位寄存器于每星期日子夜零时