GPS信号

✍ dations ◷ 2025-04-03 17:07:56 #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 {\displaystyle L_{1}} 载波和 L 2 {\displaystyle L_{2}} 载波


两个相关的载波信号:

L 1 ( t ) = A 1 c o s ( 2 π f 1 t + ϕ 1 ) {\displaystyle L_{1}(t)=A_{1}cos(2\pi f_{1}t+\phi _{1})}
L 2 ( t ) = A 2 c o s ( 2 π f 2 t + ϕ 2 ) {\displaystyle L_{2}(t)=A_{2}cos(2\pi f_{2}t+\phi _{2})}


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

f 1 = 154 f 0 = 1575.42 M H z {\displaystyle f_{1}=154f_{0}=1575.42MHz}
f 2 = 120 f 0 = 1227.60 M H z {\displaystyle f_{2}=120f_{0}=1227.60MHz}

λ 1 19 c m , λ 2 24 c m {\displaystyle \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 {\displaystyle T_{u}} 为1毫秒,一个周期含有码元即码长 N u {\displaystyle N_{u}} =210 - 1=1023,每个码元持续的时间即码元周期 t u {\displaystyle 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 {\displaystyle 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 i j ( n ) = m = 0 1022 C i ( m ) C j ( n + m ) 0 {\displaystyle r_{ij}(n)=\sum _{m=0}^{1022}C_{i}(m)C_{j}(n+m)\approx 0} for all n

r i i ( n ) = m = 0 1022 C i ( m ) C i ( n + m ) 0 {\displaystyle 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 {\displaystyle L_{1}} 载波和 L 2 {\displaystyle 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

  • 综合征 (电视剧)《症候群》(韩语:신드롬,英语:Syndrome,又名《综合症》),为韩国JTBC自2012年2月13日起至4月17日播出的月火连续剧,共20集。由韩惠轸、宋昶仪、朴建炯、曹在显、金成铃与金佑锡等人主
  • 蛋白质微阵列蛋白质微阵列(英语:Protein microarray,亦称为蛋白质芯片)是将不同的具有生物活性的蛋白质分别置于微量板的不同孔内来进行蛋白质功能筛选的文库。它实质上是cDNA阵列文库的继续
  • 芹泽鸭芹泽鸭(1827年(?)-1863年10月),讳光干,全名芹泽鸭平光干。 日本常陆国行方郡芹泽村出生,芹泽贞干的第三子。幕末水户藩浪士,新选组笔头(第一任局长)。芹泽鸭的剑术具有“神道无念流”
  • 光电效应光电效应(英语:Photoelectric Effect)是指光束照射物体时会使其发射出电子的物理效应。发射出来的电子称为“光电子”。:1060-1063:1240-12461887年,德国物理学者海因里希·赫兹
  • 肇庆肇庆市,简称肇,古称端州,是中华人民共和国广东省下辖的地级市,位于广东省西部。市境东北界清远市,东南临佛山市,西南接云浮市,西北达广西壮族自治区梧州市、贺州市。地处珠江三角洲
  • warfarin华法林(英语:Warfarin,又名华法令、可迈丁或灭鼠灵)是一种只可口服的抗凝血素,学名为苄丙酮香豆素,一般都以苄丙酮香豆素钠来储存及处方,较著名的品牌有Coumadin®。由于其化学结构
  • Dell EMC易安信公司(英语:EMC Corporation;NYSE:EMC)为美国一家跨国信息技术企业,主要提供数据存储、信息安全、虚拟化、云计算等用于存储、管理、保护和分析大量数据的产品和服务。EMC公
  • 无双议院无双议院(法语:Chambre introuvable)是1815年第二次波旁复辟后选举产生的第一届众议院。这届议院被极端保皇党(英语:Ultra-royalists)控制,此党拒绝接受法国大革命的结果。资格性选
  • 若望-类斯·托朗若望-类斯·托朗枢机(法语:Jean-Louis Tauran;1943年4月5日-2018年7月5日)是法国籍天主教司铎级枢机、总务枢机和宗座宗教协谈理事会主席。托朗于1943年4月5日在法国吉伦特省西南
  • 大写大写可能指以下的几种意思: