—— GPS测量原理及应用复习-4 ——
以下总结均基于自己的理解,欢迎指出不到位和错误的理解。
第四章 卫星信号和导航电文
4.1 GPS卫星信号
GPS卫星信号{载波L1、L2(相当于运载工具)测距码(C/A码、P码)导航电文(数据码、D码)GPS卫星信号 \begin{cases} 载波L1、L2(相当于运载工具)\\ 测距码(C/A码、P码) \\ 导航电文(数据码、D码) \end{cases} GPS卫星信号⎩⎪⎨⎪⎧载波L1、L2(相当于运载工具)测距码(C/A码、P码)导航电文(数据码、D码)
名词解释
名词 | 定义 |
---|---|
码 | 表达信息的二进制数及其组合 |
码元 | 1位二进制(比特) |
码长 | 一个码中二进制数的个数 |
数码率 | 每秒钟传播的码长的个数 |
码周期 | 传播一个二进制数所需要的时间。码周期=1/数码率 |
编码 | 规则组合二进制数 |
C/A码——粗码
目前只被调制在L1上
码长
:1023位
周期
:1ms
测距误差
:3-30m
特点
:
- 由于C/A码的码长较短,易于捕获,而通过捕获C/A码所得到的信息,又可以方便的捕获到P码,所以,通常称C/A码为捕获码。
- C/A码的码元宽度较大,测距误差可达 3~30m。由于其精度较低,所以,称C/A码为粗捕获码。
P码——精码
被分别调制在L1,L2上
码长
:6.19*1012 bit
周期
:7天
测距误差
:0.3-3m
特点
:
- 码元宽度较小,精度较高,专为军用。目前,只有极少数高档次测地型接收机才能接收P(y)码,且价格昂贵。
- 由于C/A码单点定位较低,测量上采用非单点定位,即采用相对定位(差分定位)。
4.2 GPS卫星的导航电文
载波
- L1:
频率
:154×f0 = 1575.43MHz;波长
:19.03cm - L2:
频率
:120×f0 = 1227.60MHz;波长
:24.42cm
GPS信号间的关系
GPS信号的各分量均源于一个公共的10.23MHz的基准信号。且相互之间有一定的比例关系。
选择两个载波的原因
选择两个频率可以较好的消除信号的电离层折射延迟(电离层的折射延迟只与信号的频率有关)
4.5 GPS接收机基本工作原理
接收机的分类:
按用途分类
导航型:主要用来确定船舶、车辆、飞机和导弹等运载体的实时位置和速度,主要用于导航。
测地型:可用于测量,配有比较完善的计算机软件,价格昂贵
授时型:主要用于天文台或地面监测站进行时间频标 的同步测定。
按载波频率分类
单频接收机:只能接收L1 载波信号,不能消除电离层影响。
双频接收机:同时接收L1、L2 载波信号
按通道数分类
多通道接收机:具有多个信号通道,且每个通道值连续跟踪一颗卫星信号
序贯通道接收机:只有一个通道,需在软件控制下按时序顺次对各颗卫星的信号进行跟踪测量
多路多用通道接收机:只有一两个通道,需在软件控制下按时序顺次对各颗卫星的信号进行跟踪测量
按工作原理分类
码相关型接收机:只能接收测距码(C/A 码、P 码)
平方型接收机:只能接收载波
混合型接收机:既能接收测距码,又能接收载波
干涉型接收机:采用干涉测量方法,测定两个测站间的距离
GPS接收机的组成及工作原理
组成
GPS接收机的组成{天线单元主机单元电源信号处理部分{天线显示装置记录装置电池GPS接收机的组成 \begin{cases} 天线单元 \\ 主机单元 \\ 电源 \\ \end{cases} \quad\quad\quad\quad\quad 信号处理部分 \begin{cases} 天线 \\ 显示装置 \\ 记录装置 \\ 电池 \\ \end{cases} GPS接收机的组成⎩⎪⎨⎪⎧天线单元主机单元电源信号处理部分⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧天线显示装置记录装置电池
工作原理(要求看图描述)
- 天线将接收到的微弱的电磁波转换为相应的电流,前置放大器负责将电流放大。
- 放大后的信号仍然微弱,使用变换器,为使接收机通道得到稳定的高增益,并使L频段的射频信号变为低频信号。
- GPS信号通道作用有三:一、搜索卫星,牵引并跟踪卫星;二、对电文信号进行解扩,解调出电文信息(从卫星接收到的信号是扩频的调制信号,需要解扩,解调才能得到导航电文);三、进行伪距测量、载波相位测量和多普勒频移测量。
- 存储器存储卫星星历,伪距测量值等信息。
- 显示器将导航信息或数字地图显示出来。
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