4.gps卫星信号构成与传播新(2012)

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1、GPS定位的基本观测量是观测站（接收机天线）到GPS卫星的距离（时间）。GPS观测更象一种距离测量距离测量分为几何量距：直接对被测距离进行量测物理量距：不直接测定被测距离，而测量与被测距离有关的某些物理量，间接测量待测距离。如电磁波测距GPS测距方式与常规电磁波测距相似，属于物理量距第四章GPS卫星信号的构成与传播主要内容：4.1电磁波测距原理4.2GPS的测距码信号4.3GPS信号传播误差4.4GPS卫星的导航电文电磁波测距：利用电磁波反射原理测量距离20世纪80年代后，电磁波测距技术以高精度、高效率、低成本等优点，逐渐取代传统测距手段，成为当前主流测距技术电磁波测距技术种类较多，

2、按不同的方式可分成不同的类按载波种类：单载波、双载波和多载波按信号调制类型：微波和光波调制按测程长短：短程（<=3km）、中程（3~15km）和远程（<=15km〉按观测方式分脉冲测时、测相（相位法）、测频、频分多路测相、多谱勒计数等4．1电磁波测距的原理脉冲测距基本原理：测距仪的脉冲发生器发射的光脉冲以调幅方式调制在光波上，经调制后的光脉冲分成两个部分，一部分直接进入接收光学系统，经由光电元件转化为电脉冲，作为参考脉冲（也称主波脉冲）；另一部分发射后经被测目标反射后进入接收光学系统，再由光电元件转化为电脉冲，成为反射脉冲（也叫回波脉冲）4．1．1脉冲法测距只要测定反射脉冲和参考脉冲

3、之间的时间差Δt就可确定到反射目标之间的距离脉冲法测距如何确定Δt？时标脉冲：测距仪的时标震荡器产生的稳定频率的电脉冲，又称钟脉冲测距之前，门电路是关闭的，时标脉冲不能通过门电路进入脉冲计数器。测距时，光脉冲发射的一瞬间，主波脉冲把门电路“打开“，时标脉冲通过门电路进入脉冲计数器，脉冲计数器开始计数时差Δt的测定当回波脉冲经由被测目标反射回测距仪时，又把门电路“关闭”，脉冲计数器停止计数利用Δt可求出待测距离为其中d为被测距离，V为光速假设这期间有n个脉冲进入脉冲计数器，每个脉冲的时间间隔为T，则脉冲式测距使用方便，作业效率高，但精度相对较低20世纪80年代后，随着锁模激光等新技术的

4、问世，脉冲式测距仪精度大为提高，某些型号的测距仪精度已达毫米级水平，与相位式测距仪基本相当4．1．2相位法测距1、相位法测距的基本原理2、确定N值的方法1、相位法测距的基本原理相位测距基本原理由载波光源发出的光信号通过调制器进行调制，输出光强随高频信号变化的调制光波，射向被测目标。与此同时，高频信号发生器也向混频器A发出相同频率的参考信号，调制光波经由被测目标反射后回到接收装置，接着又进入混频器B，成为测距信号由此，只要比较参考信号和测距信号之间的相位移，就能得出被测距离如果把调制光在被测距离上往返路程拉直，则有如图所示的波形由图知，调制光在被测距离往返的相位差为(3-5)假设调制信

5、号波长为，则被测距离为（4-4）（4-5）在相位测距中，可以直接测定，而N不能直接测量。这样一来，距离值将无法唯一确定为不足一周的波数式中N为相位差整周数（整周波数），由知，如果调制信号足够，使（称测尺长度）超过待定距离d，即，则N=0。则d为2确定N值的方法（4-6）要唯一确定距离值，必须选择较长的测尺，但仪器的测相精度有限（假设为10-3），如表所示，测距误差随着测尺长度的增加而扩大，测程越长测距精度越低为了解决测程和精度之间的矛盾，可选用一组测尺（两个或两个以上不同波长的调制光）共同测距，以长测尺来确定大数，以短测尺来保证精度。如测量长度为767.68m，可选用两把测尺分别为：

6、和用得到不足1000m的尾数为767m，用可得到不足10m的尾数为7.68m，两者结合起来可得到767.68m。既能保证测程足够长，又能保证相当的测距精度相位式测距仪一般采用红外光作为载波，精度可达0.5~10mm4．2GPS的测距码信号GPS卫星发射的信号包括载波信号、P码（或Y码）、C/A码和数据码（或D码）等多种信号分量P码和C/A码统称为测距码C/A码称粗码，P码称精码，皆属伪随机噪声码GPS卫星信号的产生、构成和复制等，都涉及到现代数字通信理论和技术方面的复杂问题，GPS用户一般可以不去深入研究，但了解其基本概念，对理解GPS定位原理仍是必要的4．2．1伪随机噪声码4．2．

7、2C/A码和P码4．2．1伪随机噪声码1几个与码有关的基本概念2随机噪声码及其相关性3伪随机噪声码及其产生1几个与码有关的基本概念码：现代数字通信中，为表达各种不同信息，广泛采用二进制数及组合，这种表达不同信息的二进制数组合，称码编码：将文字、图象、声音等信息，按照一定规则表示为二进制数组合的这个过程通过编码可将各种信息转变为相应的文本、栅格图象、矢量图形、音频、视频等具有固定格式，便于存储、编辑、传播和显示输出的数字信息集合。比特：一位二进制数为一个比特