第三章 GPS卫星信号
合集下载
第三章GPS：周跳探测与修复
-0.515 -508.92 2006.7 -2997.8 1993.4 -493.8 -1.491
1倍 -4倍 6倍 -4倍 1倍
9
历元间高次差分法（4）
设接收机钟稳定度 10 8 ，历元间隔为10s
钟差引起的原始观测值观测误差 0 15 .47 2 15 6 0 1 8 0 1 0 158
5
77 -204102.7230
-38.8110
-9358.3440
3.0290
2.5750
-6.5970
次
78 -213461.0670
-36.2360
-3.5680
差
-9394.5800
79 -222855.6470
-37.2290
-0.9930 2.6360
6.2040
分
-9431.8090
80 -232287.4560
-41.783 -43.535 -41.804 -37.105 -538.36 461.19 -36.236 -37.229 -35.586 -32.798
-1.752 1.731 4.699 -501.25 999.55 -497.42 -0.993 1.643 2.788
3.483 2.968 -505.95 1500.8 -1497 496.43 2.636 1.145
推导在以上假设下，历元间五次差分后能探测的最小周跳
I RI0
I 1I 2I 3I 4I 5I T
1 1 0 0
0
1 1
0
RI
0
0 1 1
0 0
0
0
0 0
0 10 20 30 40 50 60T
0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1
《GPS卫星信号》课件
随着卫星技术的不断创新和应用需求的增加，GPS卫星信号将进一步提高定位 精度、增加卫星数量和应用领域。
总结
GPS卫星信号的作用 与意义
GPS卫星信号能够提供准 确可靠的定位和导航信息， 为人们的出行、导航和测 量等活动提供支持。
GPS卫星信号的优缺 点
GPS卫星信号具有高精度 和全球覆盖的优点，但在 室内和高纬度地区接收信 号可能存在困难。
实现信号的传输和解调。
GPS卫星信号的传输过程
GPS卫星通过无线电波将导航信号传 输到地面，接收器通过天线接收到信 号后进行信号处理。
GPS卫星信号的接收
GPS卫星信号的端、中频处理器和 基带处理器等。
GPS卫星信号的接收过程
GPS接收器通过天线接收到卫星信号后，经过射频前端和中频处理器进行信号放大和频率 转换，最终由基带处理器进行解调和定位计算。
GPS卫星信号在其他领域中的应用
GPS卫星信号还在天文学、气象学、农业、资源调查等领域中有重要应用，为相关研究和 应用提供数据支持。
GPS卫星信号的发展
1
GPS卫星信号的历史发展
GPS卫星信号的发展经历了几十年的演进，从最初的军事用途到如今的民用应 用广泛，不断提升准确性和可靠性。
2
GPS卫星信号的未来发展
GPS卫星信号的解码
GPS接收器通过对卫星信号进行解码和定位计算，得到接收器的位置、速度和时间等信息。
GPS卫星信号的应用
GPS卫星信号在导航领域中的应用
GPS卫星信号在航海、航空、车辆导航和移动设备导航等领域中广泛应用，为准确导航和 航行提供支持。
GPS卫星信号在测量领域中的应用
GPS卫星信号在测量和地理信息系统中应用广泛，用于测量地表形态、构建数字地图和进 行地理定位。
第三章-GPS定位的基本原理
位置差分 伪距差分 载波相位差分
多基准站 GPS差分
局部区域差分 广域差分 多基准站RTK
测相伪距修正法 载波相位求差法
19
3.3.1 绝对定位原理
1、测码伪距静态绝对定位 设
代入测码伪距方程
可得
2021/3/30
20
2021/3/30
21
静态测量时,可以观测多颗卫星不同历元的观测值,故
2021/3/30
（5）几何精度衰减因子GDOP,包含空间位置误差和时间误差
假设测站与4颗观测卫星所构成的六面体体积为V,GDOP与V的倒数成正比。V
越大GDOP越小,精度越好。
但卫星高度角月底,电离层、对流层误差越大。
2021/3/30
26
3.3.3 相对定位原理
相对定位:采用两台以上的接收机同步观测相同的GPS卫星,以确定接收机天线间 的相互位置关系的一种方法。分为静态相对定位和动态相对定位。
周跳有两种类型: （1）中断数分钟以上,在数个历元中没有载波相位观测值; （2）周跳发生在两个观测历元之间。
周跳探测与修复方法: （1）高次差法;无周跳的高次差值具有随机特性。 （2）多项式拟合法:利用前面正确的相位观测值利用多项式外推下一
个观测值,并与实际的观测值比较,从而发现周跳。 （3）其他方法:星际差分法、残差法等。
对定位;
2）按接收机在作业中的运动状态
分类:静态定位、动态定位;
动态绝对定位、动态相对定位、
静态绝对定位、静态相对定位。
3）依照测距的观测量分类:测码伪
距法定位、测相伪距法定位。
C为光速,δt为接收机钟差
2021/3/30
3
3.2 GPS定位的基本观测量
第四讲 卫星运动及卫星信号
29
3）伪随机噪声码及其产生
伪随机码——有良好的自相关性且按周期重复出现的二进制码。 产生：多级反馈移位寄存器；也可用程序产生。 111100010011010111100010011010
30
码的产生
钟冲 1 置1脉冲
状态号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 各级状态1，2，3，4 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0
2
3 +
输出
4
输出
1
1 1 1 0 0 0 1 0 0
周日子夜零时置1脉 冲与钟冲1同时作用
31
四级移位寄存器产生的伪随机码的特性 码序列：111100010011010111100010011010 钟频：fc ； 码元宽度：τ0=1/ fc ； 码长：Nu=24-1=15bit；周期：T=τ0. Nu ； 自相关系数：对齐：1，不对齐：-1/15。 r级移位寄存器产生的伪随机码的特性： 码元宽度：τ0=1/ fc ； 码长：Nu=2r-1； 周期：T=τ0. Nu ； 自相关系数：对齐：1，不对齐：-1/(2r-1)。
32
3、GPS的测距码
1）C/A码 两个10级移位寄存器产生两个伪随机码G1、G2。 G2平移1~1023码元，得1023个新码，与G1模二相加。不同卫星用不 同码。 钟频：1.023MHz； 码元宽度：0.97752μs， 码长：210-1= 1023bit， 周期： 0.97752μs ×1023=1ms， 测尺长度，300km， 测时精度： 0.97752μs /100=0.0097752μs， 测距精度：299792458m/s×9.7752×10-9=2.93m。
GPS(卫星信号)
GPS原理及应用>GPS卫星信号①
GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用 GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用 卫星信号是GPS 于导航定位的调制波，它包含有： 于导航定位的调制波，它包含有： （1）测距码 数据码（导航电文） （2）数据码（导航电文） （3）载波 卫星时钟基本频率f 10.23MHz， 卫星时钟基本频率f0为10.23MHz，是产生上 述三种信号的基础。 述三种信号的基础。
—时间二参数 • 从星期日子夜零点开始度量的星历参 考时刻toe； • 星历表的数据龄期AODE toe −t1 星历表的数据龄期AODE = 为作预报星历测量的最后观测时间， 式中t1为作预报星历测量的最后观测时间， 因此AODE AODE就是预报星历的外推时间长 因此AODE就是预报星历的外推时间长 苏州科技学院空间信息与测绘工程系 度。
式中t1为最近一次更新卫星钟改正参数的时间。 式中t 为最近一次更新卫星钟改正参数的时间。 AODC是时钟改正数的外推时间间隔，由于基准时 AODC是时钟改正数的外推时间间隔， 是时钟改正数的外推时间间隔 间给出的卫星钟改正参数精度随时间的推移而下降， 间给出的卫星钟改正参数精度随时间的推移而下降， 因此该参数指明了卫星时钟改正数的置信度， 因此该参数指明了卫星时钟改正数的置信度，
苏州科技学院空间信息与测绘工程系 连达军
GPS卫星星历>卫星坐标计算① 计算修正平均角速度n （1）计算修正平均角速度n
——星历表参考历元 星历表参考历元（ toe ——星历表参考历元（秒）， IODE（AODE）——星历表数据龄 IODE（AODE）——星历表数据龄 期， ——按参考历元 M0 ——按参考历元toe计算的平近点 弧度）， 角（弧度）， ——由精密星历计算得到的卫星 ∆n ——由精密星历计算得到的卫星 平均角速度与按给定参数计算所得 的平均角速度之差（弧度）， 的平均角速度之差（弧度）， ——轨道第一偏心率 轨道第一偏心率（ ea ——轨道第一偏心率（N）， ——轨道长半径的平方根 ——轨道长半径的平方根
GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用 GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用 卫星信号是GPS 于导航定位的调制波，它包含有： 于导航定位的调制波，它包含有： （1）测距码 数据码（导航电文） （2）数据码（导航电文） （3）载波 卫星时钟基本频率f 10.23MHz， 卫星时钟基本频率f0为10.23MHz，是产生上 述三种信号的基础。 述三种信号的基础。
—时间二参数 • 从星期日子夜零点开始度量的星历参 考时刻toe； • 星历表的数据龄期AODE toe −t1 星历表的数据龄期AODE = 为作预报星历测量的最后观测时间， 式中t1为作预报星历测量的最后观测时间， 因此AODE AODE就是预报星历的外推时间长 因此AODE就是预报星历的外推时间长 苏州科技学院空间信息与测绘工程系 度。
式中t1为最近一次更新卫星钟改正参数的时间。 式中t 为最近一次更新卫星钟改正参数的时间。 AODC是时钟改正数的外推时间间隔，由于基准时 AODC是时钟改正数的外推时间间隔， 是时钟改正数的外推时间间隔 间给出的卫星钟改正参数精度随时间的推移而下降， 间给出的卫星钟改正参数精度随时间的推移而下降， 因此该参数指明了卫星时钟改正数的置信度， 因此该参数指明了卫星时钟改正数的置信度，
苏州科技学院空间信息与测绘工程系 连达军
GPS卫星星历>卫星坐标计算① 计算修正平均角速度n （1）计算修正平均角速度n
——星历表参考历元 星历表参考历元（ toe ——星历表参考历元（秒）， IODE（AODE）——星历表数据龄 IODE（AODE）——星历表数据龄 期， ——按参考历元 M0 ——按参考历元toe计算的平近点 弧度）， 角（弧度）， ——由精密星历计算得到的卫星 ∆n ——由精密星历计算得到的卫星 平均角速度与按给定参数计算所得 的平均角速度之差（弧度）， 的平均角速度之差（弧度）， ——轨道第一偏心率 轨道第一偏心率（ ea ——轨道第一偏心率（N）， ——轨道长半径的平方根 ——轨道长半径的平方根
第三章GPS系统的组成与GPS信号 第二节卫星的运行及其轨道
于是
c osV a（c os E e） r
将上式代入轨道方程（3-3），则得
r a（1 e cosE）
（3-9） （3-10）
由式（3-9）和式（3-10）可得真近点角与偏近点角之关系：
c osV c os E e 1 e c os E
sin V
1 e2
s in
E
1 e c os E
确定椭圆的形状和大小至少需要两个参数，即轨道椭 圆长半径和轨道椭圆偏心率。
GPS测量定位技术
二、卫星运行的轨道
这里仅将最为适宜的一组轨道参数的符号和含义介绍如下。
轨道椭圆长半径 ，a 轨道椭圆偏心率 。e 和a 共e同确定了椭圆的形状 和大小，其它的几何参数都可以由 和 a推导出e 来。
升交点赤经 ，升交点即是卫星由南向北的运行轨道与地球赤道面的 交点。而升交点赤经就是升交点与春分点所对应的地心夹角。轨道面 倾角i ，即卫星轨道平面与地球赤道面之间的夹角。这两个参数，唯 一地确定了卫星轨道平面与地球体之间的相对定向。
卫星在运行中，除主要受到地球中心引力的作用外，还将 受到其它各种摄动力的影响，从而引起轨道的摄动。在摄动力 加速度的影响下，卫星运行的开普勒轨道参数，不再保持常数 而变为时间的函数。理论分析表明，影响卫星运动的摄动力主 要是地球引力场摄动力的影响、日月引力的影响和太阳光压的 影响。
GPS测量定位技术
二、卫星运行的轨道
M 0称为平近点角，它是一个假设量。如果卫星通过近地点的时刻
为
t
。观测瞬间的时刻为
0
，t 卫星运行的平均角速度为
，n 则平近点角
由下式定义：
M0
n（t
t
）
0
（3-7）
gps培训课件
志 • 编制作业进度计划，进行星历预报 • 外业观测和概算 • 内业处理和检验 • 坐标系统转换和高程拟合 • 成果报告的编制和资料验收
1. GPS控制网的技术设计
一. 控制网的应用范围 二. 分级布网
大城市可分3级,中小城市可分2级
三. GPS测量的精度标准 σ = a2(b*d*106)2
四. 坐标系统与起算数据
点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。
根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定 的几何图形，基本形式有：
1. 三角形网 2. 环形网 3. 星形网
(1)、三角形网
优点：
图形几何结构强，具有较多 的检核条件，平差后网中相 邻点间基线向量的精度比较 均匀。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数 同步图形 独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分 布均匀。
应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测点 。
(4~11)
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
Colorado springs
55
Hawaii
GSP 地面控制站分布
kwajalein
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司(推遍星历及修正参数、时间基准、轨道
纠偏、启动备用卫星）
三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
，L1和L2上的 P 码或 Y 码，还有卫星轨道信息 • 所有信号均由同一个震荡器产生
1. GPS控制网的技术设计
一. 控制网的应用范围 二. 分级布网
大城市可分3级,中小城市可分2级
三. GPS测量的精度标准 σ = a2(b*d*106)2
四. 坐标系统与起算数据
点应设在视野开阔和容易到达的地方，联测方向。
可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。
根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边均应构成一定 的几何图形，基本形式有：
1. 三角形网 2. 环形网 3. 星形网
(1)、三角形网
优点：
图形几何结构强，具有较多 的检核条件，平差后网中相 邻点间基线向量的精度比较 均匀。
独立的。
GPS 控制网的观测基线
仪器台数 同步图形 独立基线
N=2 N=3
N=4
N=5
GPS网设计的一般原则
应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的 可靠性。
应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分 布均匀。
应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测点 。
(4~11)
（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）
Colorado springs
55
Hawaii
GSP 地面控制站分布
kwajalein
Ascencion Diego Garcia
一个主控站：科罗拉多•斯必灵司(推遍星历及修正参数、时间基准、轨道
纠偏、启动备用卫星）
三个注入站：阿松森(Ascencion)—大西洋
，L1和L2上的 P 码或 Y 码，还有卫星轨道信息 • 所有信号均由同一个震荡器产生
第三章GPS系统的组成与GPS信号 第四节GPS卫星信号
GPS测量定位技术
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
•学习目标 •第一节 GPS定位系统的组成 •第二节 卫星的运行及其轨道 •第三节 卫星的星历与卫星位置计算 •第四节 GPS卫星信号 •第五节 GPS信号的接收 •本章小结 •思考题与习题
GPS测量定位技术
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
3.数据码（D码）
数据码即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星工作状态、时间 系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕 获P码的信息等。
导航电文亦是二进制数码，依规定的格式组成，按帧向外播送， 每帧电文的长度为1500bit，播送速率为50bit/s。
GPS测量定位技术
二、GPS信号的结构
GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码）均属于伪随机码 （PRN），这种二进制的数码序列不仅具有良好的自相关特性，而且又是一 种结构确定，可以复制的周期性序列。
（1）C/A码
C/A码的码长较短，易于捕获，但码元宽度较大，测距精度较低，所以 C/A码又称为捕获码或粗码。
C/A码的码长 ； Nu 210 1 1023 bit
GPS测量定位技术
五、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、工作状态和C/A码转换到
捕获P码的信息。将这些信息以数
据，即以二进制码的形式向用户
发送，所以导航电文又称为数据
码，即D码。D码的基本单位是包
含1500比特的一个主帧，如右图
所示，其传播速率为50bit/s。一
GPS测量定位技术
第四节 GPS卫星信号
一、GPS卫星信号的内容
图3-9 GPS信号的产生
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
•学习目标 •第一节 GPS定位系统的组成 •第二节 卫星的运行及其轨道 •第三节 卫星的星历与卫星位置计算 •第四节 GPS卫星信号 •第五节 GPS信号的接收 •本章小结 •思考题与习题
GPS测量定位技术
第三章 GPS系统的组成与GPS信号
3.数据码（D码）
数据码即导航电文，它包含着卫星的星历、卫星工作状态、时间 系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正、由C/A码捕 获P码的信息等。
导航电文亦是二进制数码，依规定的格式组成，按帧向外播送， 每帧电文的长度为1500bit，播送速率为50bit/s。
GPS测量定位技术
二、GPS信号的结构
GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码）均属于伪随机码 （PRN），这种二进制的数码序列不仅具有良好的自相关特性，而且又是一 种结构确定，可以复制的周期性序列。
（1）C/A码
C/A码的码长较短，易于捕获，但码元宽度较大，测距精度较低，所以 C/A码又称为捕获码或粗码。
C/A码的码长 ； Nu 210 1 1023 bit
GPS测量定位技术
五、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、工作状态和C/A码转换到
捕获P码的信息。将这些信息以数
据，即以二进制码的形式向用户
发送，所以导航电文又称为数据
码，即D码。D码的基本单位是包
含1500比特的一个主帧，如右图
所示，其传播速率为50bit/s。一
GPS测量定位技术
第四节 GPS卫星信号
一、GPS卫星信号的内容
图3-9 GPS信号的产生
GPS测量原理及其应用复习资料
GPS测量原理及其应用第一章绪论一：全球导航卫星系统GNSS美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧盟的伽利略（GALILEO）系统和中国的北斗二号卫星导航定位系统。
二：GPS系统组成合各部分的作用包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。
GPS工作卫星及其星座的作用：1)提供星历和时间信息2)发射伪距和载表信息，提供其他辅助信息地面监控系统的作用：1)监测卫星是否正常工作2)跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星3)保持各颗卫星时间同步GPS接收机的作用：接受GPS卫星发射的无线电信号，获得必要的信息并经数据处理完成定位工作。
三：GPS系统的特点定位精度高；观测时间段；测站间无需通视；可提供三维坐标；操作简便；全天候作业；功能多、应用广第二章坐标系统和时间系统各时间系统的应用1)恒星时：以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间系统为恒星时系统。
恒星时在天文学中有着广泛的应用。
2）平太阳时MT：以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统为平太阳时系统，平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致的。
3）世界时UT：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时UT，用于天球坐标系与地球坐标系之间的转换计算。
4）原子时：这一时间尺度被广泛用于动力学作为时间单位。
5）协调世界时：既保持时间尺度的均匀性，又能近似地反映地球自转的变化。
第三章卫星运动基础及GPS卫星星历一：人造卫星所受的作用力有地球对卫星的引力，太阳、月亮对卫星的引力，大气阻力，太阳光压，地球潮汐力等。
二体问题是忽略所有的摄动力，仅考虑地球质心引力研究卫星相对于地球的运动，在天体力学中，称之为二体运动。
二：GPS卫星星历分为预报星历和后处理星历。
三：GPS卫星广播星历预报参数(p40)第四章GPS卫星的导航电文和卫星信号一：GPS卫星的导航电文（简称卫星电文）是用户用来定位和导航的数据基础。
《GPS原理与应用》复习资料整理
第一章绪论1.GPS：是接收人造卫星电波，准确求顶接收机自身位置的系统。
目前世界上有那些全球性的卫星导航系统？（俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo、中国北斗、美国GPS）欧空局的全球卫星定位系统的名称是什么？2. GPS系统组成：（1）空间星座部分：24颗卫星提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供其他辅助信息。
（2）用户部分：接收并观测卫星信号，记录和处理数据，提供导航定位信息。
（3）地面控制部分：中心控制系统，实现时间同步，跟踪卫星进行定轨。
【5个监测站、1个主控站、3个注入站】3. GPS按接收机用途分为三类：导航型、测量型、授时型；接收机由天线单元、机主机单元和电源组成。
4、精密工程测量采用那种类型的GPS接收机？5、GPS接收机中采用的是铷钟、铯钟还是石英钟？6．与传统测量方法相比，GPS系统特点：1）全球性---全球范围连续覆盖；(4~12颗)；2）全能性-—三维位置、时间、速度；3）全天侯4）实时性----定位速度快；；5）连续性；6）高精度；7）抗干扰性能好，保密性好；8）控制性强；9）观测站之间无需通视；10）提供三维坐标；11）操作简便。
7、gps有哪些新的应用领域8、GPS在测量上的用途有那些？9.常见GPS卫星信号接收机（例举几个著名的中外GPS生产厂商）：Ashtech系列GPS接收机、Trimble(天宝)系列GPS接收机、Leica(莱卡) 系列GPS接收机、中纬系列GPS接收机、南方系列GPS接收机、中海达系列GPS接收机第二章 GPS定位的坐标系统与时间系统1．天球：是指以地球质心M为中心，半径r为任意长的一个假想的球体。
黄道：即当地球绕太阳公转时，地球上观测者所见到太阳在天球上运动的轨迹称为黄道黄赤交角：黄道平面与赤道平面的夹角ε称为黄赤交角，约为23.5°春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ称为春分点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码
微弱信号的捕获
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 伪距测量的特点
伪距测量的特点
• 优点
– 对信号强度要求不高 – 定位速度快
• 缺点
– 精度低
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 载波
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 载波
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 测距码
测距码
目前：
• C/A码(Coarse/Acquisition Code) ——粗码/捕获码；数码率： 1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度： 293.05m；仅被调制在L1上； • 特点：码长短，易于捕获；码元宽度大，测距误差大； • P码(Precise Code) ——精码；数码率：10.23MHz；周期：267 天；1周期含码元数：2.35×1014；码元宽度：29.30m；被调制 在L1和L2上；
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 美国政府的GPS政策
GPS现代化
• GPS现代化第一阶段
– 发射12颗改进型的BLOCK ⅡR型卫星；
• GPS现代化第二阶段
– 发射6颗GPS BLOCK ⅡF (“ⅡFLite”)；
• GPS现代化第三阶段
– 发射GPS BLOCK Ⅲ 型卫星，在2003年前完成代号 为GPS Ⅲ的 GPS完全现代化计划设计工作；
• 技术要点
– 卫星信号(弱)与接收机信号(强) 相乘
• 特点
– 限制：需要了解码的结构 – 优点：可获得导航电文，可获得 全波长的载波，信号质量好(信 噪比高)
(c )2002, 黄 劲 松
码相关法
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的解调
GPS原理及其应用
通常表示为： ~ N Int ( ) Fr ( )
0
N
Fr
0
• 整周计数 Int • 整周未知数(整周模糊度) N 0
载波相位测量
Fr
0
i
Int
() i
N
0
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 载波相位测量的特点
载波相位测量的特点
• 优点
– 精度高，测距精度可达0.1mm量级
GPS原理及其应用
第三章 卫星运动及GPS卫星信号 GPS卫星的信号结构
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构
GPS卫星信号结构
G > 概述
概述
• GPS卫星信号的组成部分
– 测距码（Ranging Code） • C/A码（目前只被调制在L1上） • P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） – 载波（Carrier） • L1 • L2 – 导航电文（Message）
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 载波相位测量原理
载波相位测量原理
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 载波相位测量原理
载波相位测量原理
S
S
接收机根据自身 的 钟 在tR 时 刻 所 S 接 收 到 卫 星 在t 时刻所发送信号 的相位
(tR )
S R )
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的调制
卫星信号的调制
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的调制
卫星信号的调制
• 模二和
– 运算规则
1 1 0; 1 0 1; 0 1 1; 0 0 0
• 难点
– 整周未知数问题 – 整周跳变问题
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 美国政府的GPS政策
美国政府的GPS政策
• SPS与PPS
– SPS – 标准定位服务
• • • • 使用C/A码，民用 2DRMS水平=100 m 2DRMS垂直=150-170 m 2DRMS时间=340 ns
• δ技术：卫星钟加高频抖动(短周期，快变化) • ε技术：降低星历精度(加入随机变化)
• AS技术（1994.1.31~至今）
– Anti-Spoofing –反电子欺骗 – P码加密，P+WY
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 美国政府的GPS政策
GPS现代化
• 1999年1月25日，美国副总统戈尔宣布，将斥资40 亿美元，进行GPS现代化。 • GPS现代化实质是要加强GPS对美军现代化战争中 的支撑和保持全球民用导航领域中的领导地位。
接收机根据自身 的 钟 在tR 时 刻 复 制信号的相位
(t )
S S
R
tR t
R
理想情况
实际情况
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 载波相位测量原理
载波相位测量原理
• 观测值
首次观测：
ti
0 Fr ( ) 0
以后的观测：
t0
i Int ( ) i Fr ( ) i
– 码状态/码值：“1”表示二进制“0”，“-1”表示 二进制“1”
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的调制
卫星信号的调制
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的调制
相位跃迁
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的调制
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 美国政府的GPS政策
GPS现代化
• GPS现代化的内涵：
– 保护。即GPS现代化是为了更好地保护美方和友好 方的使用，要发展军码和强化军码的保密性能，加 强抗干扰能力； – 阻止。即阻扰敌对方的使用，施加干扰，施加SA， AS等；
– 保持。即是保持在有威胁地区以外的民用用户有更 精确更安全的使用。
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的解调
GPS卫星信号的解调
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号的解调
码相关解调技术
• 方法
– 将所接收到的调制信号(卫星信 号)与接收机产生的复制码相乘
卫 星 信 号 的 生 成 接 收 机 重 建 载 波
载波
• 作用
– 搭载其它调制信号 – 测距
L2 L1
19.03c m
• 类型
– 目前
24.42c m
• L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm • L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
– 现代化后
• 增加L5 – 频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm
• GPS卫星信号的生成
– 关键设备：原子钟
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > GPS卫星的基准频率
GPS卫星的基准频率 f0
• 由卫星上的原子钟直接产生 • 频率为10.23MHz • 卫星信号的所有成分均是该基 准频率的倍频或分频
f L1 154 f 0 1575.42MHz; L1 19.03cm f L 2 120 f 0 1227.60MHz; L 2 24.42 cm C / A码码率 f 0 10 1.023MHz; P码码率 f 0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f 0 20460000 50 Hz
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 卫星信号构成示意图
GPS卫星信号构成示意图
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 载波
载波
• 特点
– 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折 射影响 – 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折 射延迟（电离层折射延迟与信号的频率有关）
c t c
信号传 播时间
• 通过调整自相关函数R(t)的值，测定测距码信号由卫星到 达测站的传播时间。
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 码相关伪距测量原理
码相关伪距测量原理
• 利用测距码测距的必要条件
– 必须了解测距码的结构
• 利用测距码进行测距的优点
– – – – 采用的是CDMA技术 易于捕获微弱的卫星信号 可提高测距精度 便于对系统进行控制和管理
– PPS – 精密定位服务
• • • • 可使用P码，军用 2DRMS水平=22 m 2DRMS垂直=27.7 m 2DRMS时间=200 ns
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > 美国政府的GPS政策
美国政府的GPS政策
• SA技术（1990.3.25~2000.5.1）
– Selective Availability – 选择可用性 – 人为降低普通用户的测量精度。方法:
GPS原理及其应用
卫星运动及GPS卫星信号 > GPS卫星信号结构 > 测距码