物联网定位技术（第二讲）

1. 卫星的轨道高度与覆盖区域有何关系，试画图给予说明覆盖区地心角与覆盖面积的关系

2. 试给出实际的卫星地面覆盖区和用户空间可视区所对应的半地心角的公式并请给予解释

3. 定位导航卫星为什么一般不采用同步轨道？为什么北斗系统中具有同步轨道卫星？

4. 什么是卫星轨道倾角，试画图给予说明。

5. GPS系统主要由那些部分构成？试简要说明其主要功能。

6. GPS卫星发射的信号包括那些？

7. GPS卫星信号为什么要发射两个载频？

8. 试说明图4.1.1 GPS信号产生原理框图的原理（选作）。

9. 试述导航电文格式（请用自己的语言描述，不要拷贝粘贴）。

10. 导航电文包括那些内容？试简述这些内容的功能或作用。

遥测码(TLW)

转换码(HOW)

第1数据块

第2数据块

第3数据块

11. m序列码一般由何电路产生？

试给出一个简单的m序列生成器电路框图，并给出其一个周期的m序列。

物联网定位技术（第二讲）

本讲的主要内容：

（1）自学的主要内容：阅读《物联网定位技术1（GPS部分）》（已发给大家的word文档或PDF文档）中的15——32页，即从2.4节学习到4.3节）；

（2）思考与习题；

1. 卫星的轨道高度与覆盖区域有何关系，试画图给予说明覆盖区地心角与覆盖面积的关系。

以S0为圆心，以角所对应的弧距为半径，在地面上作圆，它就是卫星覆盖的区域。覆盖区的大小与卫星的高度有关，卫星离地面越高，覆盖面积也越大。

2. 试给出实际的卫星地面覆盖区和用户空间可视区所对应的半地心角的公式，并请给予解释。

实际的卫星地面覆盖区和用户空间可视区所对应的半地心角为：

是实际的用户空间可视区所对应的半地心角，R是地球半径，H是卫星离地面的高度，通常要求可用卫星的仰角不低于一个值。

3. 定位导航卫星为什么一般不采用同步轨道？为什么北斗系统中具有同步轨道卫星？

4. 什么是卫星轨道倾角，试画图给予说明。

角i是卫星轨道倾角，即卫星轨道和赤道间的夹角。

5. GPS系统主要由那些部分构成？试简要说明其主要功能。

GPS由卫星部分、地面控制部分和用户设备组成。

（1）为了测量卫星至接收机的伪距，卫星发射三种伪随机码（简称伪码）信号，即 C/A 码、P 码与 Y 码，它们分别调制在二个载频上发射。

（2）控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成，它的任务是跟踪所有自卫星，进行卫星轨道参数和卫星钟钟差测定，并将预测轨道修正参数和各个卫星的钟差数据注入卫星，它还有控制卫星飞行姿态、控制SA的大小和接通与不接通A-S等功能。

（3）GPS用户设备包括GPS接收机和传感器。按用途可分为导航、测量、跟踪、授时等接收机。

6. GPS卫星发射的信号包括那些？

卫星发射的信号包括：载频、测距码和导航数据码。

7. GPS卫星信号为什么要发射两个载频？

选择两载频的目的在于测定并消除电波传播途经电离层效应而引起的延迟误差。

8. 试说明图4.1.1 GPS信号产生原理框图的原理（选作）。

9. 试述导航电文格式（请用自己的语言描述，不要拷贝粘贴）。

导航电文也称导航数据码D(t)、它为不归零(NRZ)二进制码，以每秒50bit/s的速率连续产生，每个码位宽度为20 ms。导航电文由主帧、帧、子帧、字帧和页组成，如图下图所示。每个子帧长6s，有300bit。每帧包含5个子帧，共1500bit，占30s。在一个帧中，第1、2、3子帧各有10个字码，每个字码为30bit。这3个子帧内容每30s重复一次，每1小时更新一次。第4、5个子帧也为每子帧10个字码，每个字码30bit，它们各有25页，共1500bit。一个完整的电文称为一主帧，共有25帧，125个子帧，37500bit，需要750s（12.5min）才能播发完。第4、5子帧的内容仅在卫星注入新的导航数据后才更新。

10. 导航电文包括那些内容？试简述这些内容的功能或作用。

导航电文内容包括遥测码(TLW)、转换码(HOW)、第1数据块、第2数据块和第3数据块共5部分。

遥测码(TLW)

每一子帧的第1个字码都是遥测码，作为捕获导航电文的前导。其中所含的同步信号为各子帧提供一个同步起点，以便用户设备解译电文数据。其码位分配如下：

1~8bit为同步码；9~22bit为遥测电文，包括地面注入数据时的状态信息、诊断信息和其他信息，以指示用户是否选用该卫星。第23、24bit无意义，第25~30bit为奇偶校验码。

转换码(HOW)

每一个子帧的第2个字是转换码。它的主要作用是帮助用户设备从巳捕获的C/A码转换到P码的捕获。第1~17bit为Z计数，它表示从每星期六/星期日午夜零时算起的对P码的累计数（1.5s为1个单位），量程为0~403200。知道Z计数，就知道观测时刻P码在周期中的确切值得，以此可较快捕获P码。第18bit表明卫星注入电文后有无发生滚动动量矩缺载现象。第19bit用于指示数据的时间是否与钟信号同步。第20~22bit是子帧识别标志。第23、24bit无意义。第25~30bit为奇偶校验码。

第1数据块

第一子帧的第3至10个字为第1数据决，每30s重复一次。它的主要内容有：

（i）标识码，指明载波L的调制波形、星期序号WN、卫星的测距精度因子N、卫星的健康状况等；

（ii）数据龄期；

（iii）卫星钟的改正系数和大气传播延时改正值。

第2数据块

第2和第3子帧构成第2数据块，它们的第3~10个字包含该CPS卫星的星历，每30s重复一次。卫星星历是GPS定位中最重要的电文。

第3数据块

第3数据块包括第4和第5两个子帧（第3至第10字），它提供各个卫星的历书等信息。每个子帧为l页。各有25页，要发完25页才是一个完整的历书（包括24颗星）。每页要隔750(25×30)s重复一次。历书是指粗星历，不如星历那么准确。但是只要用户设备收到一颗卫星的信号获得星历，并提供所有卫星的完整的历书以及其它一些数据，可根据用户所在位置选择最佳星座；以快速捕获卫星信号进行定位。

11. m序列码一般由何电路产生？

试给出一个简单的m序列生成器电路框图，并给出其一个周期的m序列。

一般由多级反馈移位寄存器电路产生。

一个周期的m序列：1111000100110101111；

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4. 什么是卫星轨道倾角，试画图给予说明。

5. GPS系统主要由那些部分构成？试简要说明其主要功能。

6. GPS卫星发射的信号包括那些？

7. GPS卫星信号为什么要发射两个载频？

8. 试说明图4.1.1 GPS信号产生原理框图的原理（选作）。

9. 试述导航电文格式（请用自己的语言描述，不要拷贝粘贴）。

10. 导航电文包括那些内容？试简述这些内容的功能或作用。

遥测码(TLW)

转换码(HOW)

第1数据块

第2数据块

第3数据块

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