GPS信号

✍ dations ◷ 2024-12-23 00:11:22 #卫星导航系统,全球定位系统

GPS信号，是由全球定位系统（GPS）卫星上振荡器所产生的信号，而所有GPS信号都由一个基本频率f₀=10.23Mhz组成。GPS卫星发射的信号主要分为载波（Carrier wave）、测距码（Ranging Code）和导航电文（Navigation Messages ）三部分。

GPS卫星所用的两个载波均位于微波的L波段，分别称为 $L_{1}$ $L_{1}$ 载波和 $L_{2}$ $L_2$ 载波

两个相关的载波信号：

$L_{1}(t)=A_{1}cos(2\pi f_{1}t+\phi _{1})$ $L_1(t)=A_1cos(2\pi f_1t+\phi_1)$
$L_{2}(t)=A_{2}cos(2\pi f_{2}t+\phi _{2})$ $L_2(t)=A_2cos(2\pi f_2t+\phi_2)$

$\phi _{1}$ $\phi _{1}$ 和 $\phi _{2}$ $\phi _{2}$ 描述了相位噪声。载波信号的频率为基本频率 $f_{0}$ $f_0$ 的整数倍。

$f_{1}=154f_{0}=1575.42MHz$ $f_1=154f_0=1575.42MHz$
$f_{2}=120f_{0}=1227.60MHz$ $f_2=120f_0=1227.60MHz$

$\to \lambda _{1}\approx 19cm,\lambda _{2}\approx 24cm$ $\to \lambda_1\approx 19cm, \lambda_2\approx 24cm$

采用L波段的高频率载波可以较为精确的测定多普勒频移和载波相位，提高测速和定位精度。使用两个频率还可以测定电离层延迟。

测距码有两种，都属于伪随机噪声码（Pseudo Random Noise，简称 PRN）：C/A 码（Coarse/Acquisition Code）和P码（Precise Code）。

C/A码（Coarse/Acquisition Code）是用于进行粗略测距和捕获P码的粗码，也称捕获码。周期 $T_{u}$ $T_{u}$ 为1毫秒，一个周期含有码元即码长 $N_{u}$ $N_{u}$ =210 - 1=1023，每个码元持续的时间即码元周期 $t_{u}$ $t_u$ =1ms/1023=0.977517微秒，相应的码元宽度为293.05米。C/A码是一种公开的明码，可供全球用户免费使用。但C/A码一般只调制在 $L_{1}$ $L_{1}$ 载波上，所以无法精确地消除电离层延迟。测距精度一般为±（2~3）米。

是开放给民间使用的GPS卫星传送标准定位信号，它包含有GPS接收机用来确定其定位与时间方面的讯息，精确度在100米左右。

这里所提的C/A码是指GPS所散布的序列，以下只讨论L1信号部分。在GPS中用的C/A码是一个群集，它们通常又被叫做伪随机噪声（Pseudorandom Noise,PRN）序列，因为它们有着噪声的部分性质，GPS的C/A码里有着1023个元素，这里面含有512个1与511个0，他们的排列是看起来仿佛随机的，但是却是完全可决定的，因此叫做伪随机噪声序列。

这些序列最重要的性质有两个：

$r_{ij}(n)=\sum _{m=0}^{1022}C_{i}(m)C_{j}(n+m)\approx 0$ $r_{ij}(n)=\sum_{m=0}^{1022} C_{i}(m)C_{j}(n+m)\approx 0$ for all n

$r_{ii}(n)=\sum _{m=0}^{1022}C_{i}(m)C_{i}(n+m)\approx 0$ $r_{ii}(n)=\sum_{m=0}^{1022} C_{i}(m)C_{i}(n+m)\approx 0$ for |n|≥1

利用这两个性质，可以做GPS信号撷取

P码是精确测定从GPS卫星到用户接收机距离的测距码，也称精码。实际周期为一周，码长为6.1871 × 1012码元，码元周期0.097752微秒，相应码元宽度为29.3米。P码同时调制到 $L_{1}$ $L_{1}$ 载波和 $L_{2}$ $L_2$ 载波上，测距精度为0.3米。因其巨大的军事价值，1994年起美国实施了选择性误差SA（Selective Availability）政策，故目前只有美国及其盟友的军方以及少数美国政府授权的用户才能够使用到P码。普通用户可以先捕获C/A码，再通过导航电文提供的数据计算出P码在整个序列码中的位置。2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。

光有测距码用户还不能够得到每颗卫星的详细信息。因此GPS系统将导航电文调制在测距码前，导航电文中包含了反应卫星在空间位置、卫星钟的修正参数、电离层延迟改正数等GPS定位所必要的信息，因此导航电文也称数据码（Data Message，D码）。

导航电文是具有一定格式的二进制码，以“帧”为单位向用户发送。每帧电文含有1500bit，传输速率为50bit/s。每个主帧包含5个子帧：

相关

汉诺威汉诺威（德语：Hannover）位于莱讷河畔，德国下萨克森州的首府，位于北德平原和中德山地的相交处，既处于德国南北和东西铁路干线的交叉口，又濒临中德运河，是个水陆辐辏的交通枢纽。汉诺威
权利后设伦理学规范性 · 描述性效果论义务论美德伦理学关怀伦理学善与恶 · 道德生物伦理学 · 网络伦理（英语：Cyberethics） · 神经伦理学（英语：Neuroethics） ·
水平基因转移基因水平转移（英语：horizontal gene transfer，缩写：HGT）又称水平基因转移或基因侧向转移（lateral gene transfer，缩写：LGT），指生物将遗传物质传递给其他细胞而非其子代的过程，例如：接合
棘头动物门棘头动物门（学名：Acanthocephala）是动物界的一个门。是一类身体前端有吻，吻上有钩刺的假体腔动物。棘头动物属于寄生动物，吻上的钩刺用来抓住它的寄主肠壁。它们具有复杂的生命周
帝喾.mw-parser-output ruby>rt,.mw-parser-output ruby>rtc{font-feature-settings:"ruby"1}.mw-parser-output ruby.large{font-size:250%}.mw-parser-output ruby.larger{fon
明朝年号中国是历史上最早使用年号纪年的地区。第一个年号出现在西汉汉武帝时期，年号为建元（前140年—前135年）。此前的帝王只有年数，没有年号。此后使用年号的传统一直延续到20世纪初期
美国烟酒枪炮及爆炸物管理局美国烟酒枪炮及爆炸物管理局（英语：Bureau of Alcohol, Tobacco, Firearms and Explosives，缩写ATF），是一个隶属于美国司法部、负责对烟酒枪炮征税、执法和释法的机构，原隶属于美国
大亨大亨（tycoon），源自日本语对幕府将军的尊称“大君”（taikun）一词传入欧洲，19世纪成为欧洲人对富豪的称号。后中国人翻译为“大亨”，指在一个行业内拥有相当大的财富和权力的人士，例如
波莫里埃波莫里埃（保加利亚语：Поморие，拉丁文字转写：，旧称在希腊语中是Αγχίαλος、；拉丁语中是Anchialus；保加尔语中是；保加利亚语中是Анхиало；土耳其语中是Ahyolu）是位
大氹大氹，又名大氹山、大潭山、鸡颈山。十九世纪之前，位于澳门南湾对面的一个海岛，现在已经由于沙泥推积，和小氹连合成氹仔（Taipa），甚至通过大型赌场林立的路氹城（Cotai），和南面的路环（Colo