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大话卫星导航中的信号处理系列文章——GPS信号相关特性

  • 相关性
  • 自相关性
  • 互相关性

相关性

GPS L1C/A信号是BPSK调制信号,相位变化的速率通常称为码速率。频谱形状可用sinc函数(sinx/x)描述,频谱带宽和码速率成正比,例如,如果码速率为1MHz,频谱主波瓣的两个零值之间的宽度为2MHz
我们知道了GPS卫星发射信号通过PRN号来区分,但所有卫星都是发射的相同频点,那么接收设备怎么进行区分呢?
这里就要用到C/A码的自相关特性和互相关特性。
高自相关峰和低互相关峰值能为信号捕获提供一个宽的动态范围。为了在有强信号存在的情况下能检测到弱信号,弱信号的自相关峰必须比它与强信号的互相关峰值要强。如果这些码是正交的,互相关的值就是0。C/A码虽然不是正交的,但是接近正交,这意味着互相关值不为0,但却非常的小。

自相关性

我们分析一下GPS 1号星的C/A码PRN1的自相关特性以及GPS 1号星的C/A码PRN1和GPS 1号星的C/A码PRN2的互相关特性。

GPS 1号星的C/A码PRN1的自相关特性

caCode1 = prn_GPS_L1CA_Gen(1);
figure(1)
stem(xcorr(caCode1,caCode1,1022/2))


第一高点为1023,第二高点为78。
最大侧峰对于主峰值得比率为:20*log10(78/1023) = -22.4dB

这里我们为了能够更清楚地观察相关峰,我们把C/A码的采样率增大4倍

caCode3 = upsample(caCode1,4,0) + upsample(caCode1,4,1) + upsample(caCode1,4,2) + upsample(caCode1,4,3);
figure(3)
stem(xcorr(caCode3,caCode3,2046)) 

我们看出,相关峰呈现的是三角形的特性,记住这个特性,这个对于后面捕获跟踪有很大用处

互相关性

GPS 1号星的C/A码PRN1和GPS 1号星的C/A码PRN2的互相关特性

caCode1 = prn_GPS_L1CA_Gen(1);
caCode2 = prn_GPS_L1CA_Gen(2);
figure(2)
stem(xcorr(caCode1,caCode2,1022/2)) 


互相关性产生的峰值非常小,通过合适的门限我们可以判定信号不存在。

因此我们对接收到的信号分别用本地的PRN1-32进行互相关,只要接收到的信号存在某一个PRN的信号,则必然会有一个很大的峰值,这样我们就能区分接收的信号中是否有某颗星的信号了

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