第5章 GPS信号及其导航电文

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1、GPS信号的三个信号层次：载波、伪码、数据码（导航电文）基准频率f=10.23MHz，由卫星上原子钟产生；是星上0一切频率的基准。但实际上，GPS星上原子钟产生的基准频率为10.229999543MHz。（根据相对论理论，为什么？）2载波、伪码、数据码3L1载波、C/A码、数据码的关系4GPS空间星座部分与用户设备部分之间的信号接口包括：L1、L2、L5三个射频链路◦L1=154*f=1575.42MHz0◦L2=120*f=1227.60MHz0◦L5=115*f=1176.45MHz0载频特点：直射波

2、；信号衰减；接收机天线尺寸。L1：波长约19cm，可以用来载波相位精确测距。L1、L2、L5信号全部采用右旋圆极化（RHCP）。GPS现代化后将播发以下八个信号：四个民用信号◦(1)传统L1C/A(Coarse/Acquisitioncode)◦(2)L2C◦(3)L5C◦(4)L1C四个军用信号◦传统L1P(Y)◦传统L2P(Y)◦L1M◦L2M6GPS是一个码分多址（CDMA）的直接序列扩频通信系统：◦多址码：进行卫星识别（CDMA技术）；◦测距码：完成精密的单程伪码测距；◦抗干扰：具有较好的抗干扰能

3、力。常见伪码序列：◦线性码（m序列、GOLD序列等）◦非线性码7卫星扩频码采用两种伪随机码：C/A码和P(Y)码。◦C/A码(Coarse/Acquistion)◦P码(Precise)◦Y码：在反电子欺骗A-S措施执行时，密钥码W（码率为0.5115M）主要用来将P码加密成Y码(W+P=Y)。8码型Gold码，码长1023，码率为1.023Mcps(f／10)，码周期01ms生成多项式优选对、平衡码最多有1025组Gold序列，但实际上用不到。不同卫星上使用不同的C/A码，目前天上有30多颗卫星与

4、常规的Gold码不同的是，G2发生器并不是将最后一级的移位寄存器的值作为输出，而是通过相位选择器选择G2发生器中的两个寄存器单元输出，并且异或相加后作为一个G2的平移等价序列。C/A码发生器发生器结构与X1历元同步初始状态G2相位选择自相关互相关自相关最大旁瓣相对于主峰的比率为互相关值越小，不同GPS卫星信号之间的干扰就越小。同时调制在L1和L2载波上；12P码：码长约为6.19*10，码速率10.23Mcps，码周期7天；Y码：加密后的P码，只有特许用户才能解密。P(Y)码特点：◦码率高、定位精度

5、高；◦周期长、产生过程复杂；◦非常安全，难以破译。两个问题：怎么产生？怎么捕获？10.23MHzGPS卫星中每颗卫星使用不同的P码。第i颗卫星上的P码是X1序列与X2i序列模2和。X1序列产生：◦X1A序列：长度4092，由一个12级反馈移位寄存器产生m序列，并截断得到；◦X1B序列：长度4093，由另一个12级反馈移位寄存器产生m序列，并截断得到；◦X1序列：X1A与X1B循环异或相加，得到4092*4093的码，再经过截短，变成周期为1.5s、长15345000码片的序列X1。X2序列产生：◦与X1产

6、生方式相同，由另两组生成多项式产生，截短输出15345037码片的X2序列；◦X2i序列是X2序列的等价平移序列，由X2向右平移i个码片后产生。Pi码的产生◦X1与X2i作循环异或相加，得到周期为38个星期的序列，再进行截短，获得周期为7天的序列。10.23MHzX1历元同步◦GPS星历开始时刻：星期六午夜（星期日零时）◦X1码发生器的各个寄存器值均被初始化重置，产生第一个码片；◦其他所有发生器均与X1码发生器同步，例如C/A码的第一个码片也与P码第一个码元同步导航电文帧的第一个比特也从这里开始。X1序列

7、的周期1.5s作为GPS系统计时的重要参考。后面讲解导航电文时还会用到。逐个相位搜索？NO码长约为6.19*1012，码率10.23Mcps，7天借助C/A码辅助：先搜索、捕获C/A码，然后从C/A码中提取当前时间信息，并准确估算出当前P码的相位，从而快速捕获P码。P码直接捕获：需要知道当前GPS时间的大致信息，从而估计P码的大致相位，在较小的相位区间内搜索，缩短捕获时间。L1和L2载波均被P码调制信息，C/A码只调制在载波L1上，其载波相位与P码正交(即移相90°)。调制方式：BPSK-R设P码、C

8、/A码和导航电文的二进制状态序列分别用P(t)、C/A(t)和D(t)表示，则L1和L2上调制信号可表示为L()tEP()()cos()tDttECA()()sin()tDtt11111LtEPtDt()()()cos(t)22216L1、L2信号产生框图基准频率数据码相同卫星信号的功率分配X1序列与Z计数器长29位：