教學(xué)PPT GPS信號(hào)體制.pptVIP

gps定位與導(dǎo)航 測(cè)繪工程學(xué)院 上一節(jié)內(nèi)容回顧 1 開(kāi)普勒三定律2 衛(wèi)星無(wú)攝運(yùn)動(dòng) 6個(gè)軌道根數(shù) 3 衛(wèi)星受攝運(yùn)動(dòng) gps導(dǎo)航定位原理 gps信號(hào) gps的信號(hào)結(jié)構(gòu) 載波 測(cè)距碼 導(dǎo)航電文 碼的基本概念 用于導(dǎo)航定位的gps信號(hào)由三部分組成 載波 l1和l2 導(dǎo)航電文測(cè)距碼 c a碼和p y 碼 gps衛(wèi)星信號(hào)的產(chǎn)生與構(gòu)成是比較復(fù)雜的 考慮了以下幾方面的要求 適應(yīng)多用戶系統(tǒng)的要求 滿足實(shí)時(shí)定位的要求 滿足高精度定位的需求 滿足軍事保密的要求 載波 載波作用 搭載其它信號(hào) 也可用于測(cè)量 測(cè)距 類型目前l(fā)1 頻率 1575 43mhz 波長(zhǎng) 19cml2 頻率 1227 60mhz 波長(zhǎng) 24cm現(xiàn)代化后增加l5 1176 45mhz 波長(zhǎng) 26cm 導(dǎo)航電文 方波碼速 50bps 導(dǎo)航電文是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 它包含該衛(wèi)星的星歷 工作狀況 時(shí)鐘改正 電離層時(shí)延改正 大氣折射改正以及由c a碼捕獲p碼等導(dǎo)航信息 也是由衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)出來(lái)的數(shù)據(jù)碼d t 這些信息以50bit s的數(shù)據(jù)流調(diào)制在載頻上 數(shù)據(jù)采用不歸零制 nrz 的二進(jìn)制碼 gps衛(wèi)星的導(dǎo)航電文 簡(jiǎn)稱衛(wèi)星電文又叫數(shù)據(jù)碼 所謂導(dǎo)航電文 就是包含了有關(guān)衛(wèi)星的星歷 衛(wèi)星工作狀態(tài) 時(shí)間系統(tǒng) 衛(wèi)星鐘運(yùn)行狀態(tài) 軌道攝動(dòng)改正 大氣折射改正和由c a碼捕獲碼等導(dǎo)航信息的數(shù)據(jù)碼 或d碼 它分為預(yù)報(bào)星歷 和精密星歷 是用戶用來(lái)定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 它的基本單位是長(zhǎng)1500bit的一個(gè)主幀 如圖4 1所示 傳輸速率是50bit s 30秒鐘傳送完畢一個(gè)主幀 一個(gè)主幀包括5個(gè)子幀 第1 2 3子幀每30秒鐘重復(fù)一次 內(nèi)容每小時(shí)更新一次 第4 5子幀的全部信息則需要750秒鐘才能夠傳送完 即第4 5子幀是12 5分鐘播完一次 然后再重復(fù)之 其內(nèi)容僅在衛(wèi)星注入新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)后才得以更新 遙測(cè)字 tlm telemetryword 位于各子幀的開(kāi)頭 作為捕獲導(dǎo)航電文的前導(dǎo) 其中所含的同步信號(hào)為各子幀提供了 個(gè)同步的起點(diǎn) 使用戶便于解釋電文數(shù)據(jù) 交接字 how handoverword 緊接著各子幀開(kāi)頭的遙測(cè)字 主要是向用戶提供用于捕獲p碼的z計(jì)數(shù) 所謂z計(jì)數(shù)是從每星期六 星期日子夜零時(shí)起算的時(shí)間計(jì)數(shù) 它表示下一子幀開(kāi)始瞬間的gps時(shí) 但為了實(shí)用方便 z計(jì)數(shù)一般表示為從每星期六 星期日子夜零時(shí)開(kāi)始發(fā)播的子幀數(shù) 因?yàn)槊恳蛔訋ニ脱永m(xù)的時(shí)間為6秒 所以 下一子幀開(kāi)始的瞬時(shí)即為6xz 通過(guò)交接字可以實(shí)時(shí)地了解觀測(cè)瞬時(shí)在p碼周期中所處的準(zhǔn)確位置 以便迅速地捕獲p碼 1 時(shí)延差改正tgd第7字碼的第17 24比特表示載波l1 l2的電離層時(shí)延差改正tgd 當(dāng)使用單頻接收機(jī)時(shí) 用tgd改正所觀測(cè)的結(jié)果 以減小電離層效應(yīng)影響提高定位精度 當(dāng)采用雙頻接收機(jī)時(shí) 就不必要采用這個(gè)時(shí)延差改正 第一數(shù)據(jù)塊 含有關(guān)于衛(wèi)星鐘改正參數(shù)及其數(shù)據(jù)齡期 星期的周數(shù)編號(hào)以及電離層改正參數(shù)和衛(wèi)星工作狀態(tài)等信息 現(xiàn)對(duì)其中的主要內(nèi)容介紹于下 aodc toc tl式中 toc為第一數(shù)據(jù)塊的參考時(shí)刻 tl是計(jì)算時(shí)鐘參數(shù)所作測(cè)量的最后觀測(cè)時(shí)間 2 數(shù)據(jù)齡期aodc第3字碼的第23 和第24比特 以及第8字碼的第1 8比特 均表示衛(wèi)星時(shí)鐘的數(shù)據(jù)齡期aodc gps試驗(yàn)衛(wèi)星的aodc只占8個(gè)比特 而gps工作衛(wèi)星卻擴(kuò)展到了10個(gè)比特 a0dc是時(shí)鐘改正數(shù)的外推時(shí)間間隔 它向用戶指明對(duì)衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)的置信度 且知 3 星期序號(hào)wn 表示從1980年1月6日協(xié)調(diào)時(shí)零點(diǎn)起算的gps時(shí)星期數(shù) 4 衛(wèi)星鐘改正參數(shù) a0 a1 a2 分別表示該衛(wèi)星的鐘差 鐘速及鐘速的變化率 當(dāng)巳知這些參數(shù)后 便可按下式計(jì)算任意時(shí)刻t的鐘改正數(shù) t t a0十a(chǎn)1 t toc 十a(chǎn)2 t toc 2 第二數(shù)據(jù)塊包含第2和第3子幀 其內(nèi)容表示gps衛(wèi)星的星歷 這些數(shù)據(jù)為用戶提供了有關(guān)計(jì)算衛(wèi)星坐標(biāo)位置的信息 描述衛(wèi)星的運(yùn)行及其軌道的參數(shù)包括下列三類 測(cè)距碼 方波偽隨機(jī)噪聲碼 prn碼 兩種測(cè)距碼 c a碼 粗碼碼速 1 023mhz碼元長(zhǎng)度 300mp y 碼 精碼碼速 10 23mhz碼元長(zhǎng)度 30m c a碼 c a碼是由兩個(gè)10級(jí)反饋移位寄存器相組合而產(chǎn)生的 碼長(zhǎng)nu 210 1 1023比特碼元寬tu 1 f1 0 977752 s 相應(yīng)距離為293 1m 周期tu nutu 1ms數(shù)碼率 1 023mbit s c a碼的碼長(zhǎng)易于捕獲 且通過(guò)c a碼提供的信息 又可方便的捕獲p碼 c a碼的碼元寬度較大 假設(shè)兩個(gè)序列的碼元對(duì)齊誤差 為碼元寬度的1 100 則相應(yīng)的測(cè)距誤差達(dá)2 9m 以因此也稱粗碼 p碼 p碼產(chǎn)生的基本原理與c a碼相似 但其發(fā)生電路 是采用兩種各由兩個(gè)12級(jí)反饋移位寄存器構(gòu)成的 情況更為復(fù)雜 線路設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)均是保密的 碼長(zhǎng)nu 2 35 1014比特碼元寬度tu 0 0977752 s 相應(yīng)距離為29 3m 周期tu nutu 267數(shù)碼率 10 23mbit s p碼周期被分為38部分 7天 每一部分周期 碼長(zhǎng)約為6 19 1012比特 其中1部分閑置 5部分給地面監(jiān)控站使用 32部分分配給不同的衛(wèi)星 這樣 每顆衛(wèi)星所使用的p碼不同部分 便都具有相同的碼長(zhǎng)和周期 但結(jié)構(gòu)不同 p碼的碼長(zhǎng)較長(zhǎng) 無(wú)法采用c a碼逐個(gè)進(jìn)行搜索 一般都是先捕獲c a碼 然后根據(jù)導(dǎo)航電文中給出的有關(guān)信息 捕獲p碼 由于p碼的碼元寬度為c a碼的1 10 若取碼元的對(duì)齊精度仍為碼元寬度的1 100 則由此引起的相應(yīng)距離誤差為0 29m