教學PPT GPS信號體制.ppt

gps定位與導航 測繪工程學院 上一節(jié)內(nèi)容回顧 1 開普勒三定律2 衛(wèi)星無攝運動 6個軌道根數(shù) 3 衛(wèi)星受攝運動 gps導航定位原理 gps信號 gps的信號結(jié)構(gòu) 載波 測距碼 導航電文 碼的基本概念 用于導航定位的gps信號由三部分組成 載波 l1和l2 導航電文測距碼 c a碼和p y 碼 gps衛(wèi)星信號的產(chǎn)生與構(gòu)成是比較復雜的 考慮了以下幾方面的要求 適應(yīng)多用戶系統(tǒng)的要求 滿足實時定位的要求 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 也可用于測量 測距 類型目前l(fā)1 頻率 1575 43mhz 波長 19cml2 頻率 1227 60mhz 波長 24cm現(xiàn)代化后增加l5 1176 45mhz 波長 26cm 導航電文 方波碼速 50bps 導航電文是用戶用來定位和導航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 它包含該衛(wèi)星的星歷 工作狀況 時鐘改正 電離層時延改正 大氣折射改正以及由c a碼捕獲p碼等導航信息 也是由衛(wèi)星信號中解調(diào)出來的數(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 的二進制碼 gps衛(wèi)星的導航電文 簡稱衛(wèi)星電文又叫數(shù)據(jù)碼 所謂導航電文 就是包含了有關(guān)衛(wèi)星的星歷 衛(wèi)星工作狀態(tài) 時間系統(tǒng) 衛(wèi)星鐘運行狀態(tài) 軌道攝動改正 大氣折射改正和由c a碼捕獲碼等導航信息的數(shù)據(jù)碼 或d碼 它分為預報星歷 和精密星歷 是用戶用來定位和導航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 它的基本單位是長1500bit的一個主幀 如圖4 1所示 傳輸速率是50bit s 30秒鐘傳送完畢一個主幀 一個主幀包括5個子幀 第1 2 3子幀每30秒鐘重復一次 內(nèi)容每小時更新一次 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 然后再重復之 其內(nèi)容僅在衛(wèi)星注入新的導航數(shù)據(jù)后才得以更新 遙測字 tlm telemetryword 位于各子幀的開頭 作為捕獲導航電文的前導 其中所含的同步信號為各子幀提供了 個同步的起點 使用戶便于解釋電文數(shù)據(jù) 交接字 how handoverword 緊接著各子幀開頭的遙測字 主要是向用戶提供用于捕獲p碼的z計數(shù) 所謂z計數(shù)是從每星期六 星期日子夜零時起算的時間計數(shù) 它表示下一子幀開始瞬間的gps時 但為了實用方便 z計數(shù)一般表示為從每星期六 星期日子夜零時開始發(fā)播的子幀數(shù) 因為每一子幀播送延續(xù)的時間為6秒 所以 下一子幀開始的瞬時即為6xz 通過交接字可以實時地了解觀測瞬時在p碼周期中所處的準確位置 以便迅速地捕獲p碼 1 時延差改正tgd第7字碼的第17 24比特表示載波l1 l2的電離層時延差改正tgd 當使用單頻接收機時 用tgd改正所觀測的結(jié)果 以減小電離層效應(yīng)影響提高定位精度 當采用雙頻接收機時 就不必要采用這個時延差改正 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)塊的參考時刻 tl是計算時鐘參數(shù)所作測量的最后觀測時間 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)星時鐘的數(shù)據(jù)齡期aodc gps試驗衛(wèi)星的aodc只占8個比特 而gps工作衛(wèi)星卻擴展到了10個比特 a0dc是時鐘改正數(shù)的外推時間間隔 它向用戶指明對衛(wèi)星時鐘改正數(shù)的置信度 且知 3 星期序號wn 表示從1980年1月6日協(xié)調(diào)時零點起算的gps時星期數(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 當巳知這些參數(shù)后 便可按下式計算任意時刻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)計算衛(wèi)星坐標位置的信息 描述衛(wèi)星的運行及其軌道的參數(shù)包括下列三類 測距碼 方波偽隨機噪聲碼 prn碼 兩種測距碼 c a碼 粗碼碼速 1 023mhz碼元長度 300mp y 碼 精碼碼速 10 23mhz碼元長度 30m c a碼 c a碼是由兩個10級反饋移位寄存器相組合而產(chǎn)生的 碼長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碼的碼長易于捕獲 且通過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)兩個序列的碼元對齊誤差 為碼元寬度的1 100 則相應(yīng)的測距誤差達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12級反饋移位寄存器構(gòu)成的 情況更為復雜 線路設(shè)計細節(jié)均是保密的 碼長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和周期 但結(jié)構(gòu)不同 p碼的碼長較長 無法采用c a碼逐個進行搜索 一般都是先捕獲c a碼 然后根據(jù)導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