GPS测量原理与应用-讲义-第二章

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1、第二章：GPS信号及其测量原理（TheGPSsignalandhowtomeasureit?）2.1GPS卫星的测距码信号与伪距测量原理2.1.1码、随机噪声码和伪随机噪声码（1）码：表达表达信息的二进制数及其组合。（2）随机噪声码：每一时刻，码元是0或是1完全是随机的一组码序列，这种码元幅值是完全无规律的码序列，称为随机噪声码序列。特性：它是一种非周期序列，无法复制。但是，随机噪声码序列却有良好的自相关性，GPS码信号测距就是利用了GPS测距码的良好的自相关性才获得成功。何谓自相关性？自相关性是指两个结构相同的码序列的相关程度，它

2、由自相关函数描述。自相关函数：（3）伪随机噪声码(PseudoRandomNoise-PRN)伪随机噪声码PRN由多级反馈移位寄存器产生。这种移位寄存器由一组连接在一起的存储单元组成，每个存储单元只有“0”或“1”两种状态，并接受钟脉冲和置“1”脉冲的驱动和控制。2.1.2GPS测距码（1）卫星依据自己时钟（钟脉冲）发出某一结构的测距码，经过△t时的传播到达GPS接收机。（2）接收机在自己钟脉冲驱动下，产生一组结构完全相同的复制码。（3）通过时延器使之延迟时间τ，对两码进相关比较。（4）直至两码完全对齐，相关系数R（t）=max=1

3、，则该时间延迟τ即为传播时间△t（τ=△t）。（5）距离ρ=c·△t=c·τ。2.1.3码相关伪距测量原理2.2GPS导航电文GPS卫星的导航电文主要包括：卫星星历、时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息以及由C/A码转换到捕获P码的信息。导航电文同样以二进制码的形式播送给用户，因此又叫数据码，或称D码。导航电文的组成格式各帧导航电文的内容2.3GPS卫星星历广播星历：也叫预报星历，是指相对参考历元的外推星历。参考历元瞬间的卫星星历(即参考星历)，由GPS系统的地面监控站根据大约一周的观测资料计算而得，为参考历元瞬间卫星的轨道参

4、数。内容包括：参考历元瞬间的kepler轨道6参数，反映摄动力影响的9个参数，以及参考时刻参数和星历数据龄期，共计17个星历参数。用户接收机在接收到卫星播发的导航电文后，通过解码即可直接获得预报星历。由于预报星历是以电文方式由卫星直接播送给用户接收机，因此又称为广播星历。目前广播星历的精度，估计约为20m。ASHTECH型GPS接收机中的二进制观测文件：ASHTECH型GPS接收机中的二进制定位文件GPS卫星位置计算2.4GPS卫星的载波信号与相位测量原理（一）GPS载波信号两种频率的正弦波L1：L2：GPS卫星信号构成示意图先将带

5、有导航信息的编码脉冲D（t）调制到伪码（C/A，P码上）；然后对L波段的载波L1，L2进行双相调制），L2只调P码，L1C/A，P码（二）测距码的调制与解调在数字通讯技术中，为了有效地传播信息，一般均将低频信号加载到高频的载波上，这时原低频信号称为调制信号，而加载信号后的载波就称为已调波。GPS信号调制，是采用调相技术实现的。双相调制技术BPSK（BinaryPhaseShiftKeying）（二）载波相位测量原理载波相位观测值观测值载波相位观测值2.5GPS信号接收机定义结构类型接收通道天线GPS信号接收机的基本构成（一）GPS信

6、号接收机的定义能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的卫星信号接收设备。Z-Xtreme快速RTK测量系统（二）GPS接收机的结构天线前置放大器信号处理器微处理器振荡器控制、显示及存储设备电源（三）GPS接收机的类型根据工作原理：码相关型平方型混合型根据信号通道类型：多通道序贯通道多路复用通道根据接收信号的频率：单频双频根据测定测距码的类型：C/A码P（Y）码根据能否从信号中提取导航电文：有码无码根据用途：导航型测量型授时型（四）GPS接收机的信号通道什么是GPS接收机的信号通道？信号通道的类型序贯通道、多路复用通道和多通道码相关型通

7、道、平方型通道和码相位型通道1什么是GPS的信号通道？是GPS卫星信号经由天线进入接收机的路径是软硬件的结合体作用是跟踪、处理和量测卫星信号，获取工作所需的数据和信息2信号通道的类型根据跟踪方式序贯通道多路复用通道多通道根据工作原理码相关型通道平方型通道码相位型通道3序贯通道、多路复用通道和多通道序贯通道1个通道跟踪多颗卫星/频率的信号1个跟踪周期大于20ms成本低，无通道间的延迟误差，无法提取导航电文，无法保持对载波的连续跟踪，控制软件复杂多路复用通道1个通道跟踪多颗卫星/频率的信号一个跟踪周期小于20ms成本低，无通道间的延迟误

8、差，可提取导航电文，可保持对载波的连续跟踪，控制软件复杂多通道1个通道跟踪1颗卫星/频率的信号性能好成本高、有通道间的延迟误差4码相关型通道、平方型通道和码相位型通道码相关型通道优点：可以进行伪距和载波相位测量，信号质量好，可获取导航