9.卫星信号
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
禁止非特许用户应用。 • 其目的是：防止敌方使用P码进行精密导航定位。
GPS定位精度的改进
BlockIIR-M(Modernized) 2003年发射，在L2上增加C/A码调 制。2005年发射的Block IIF增加第三民用频率L5。
BlockIIM和Block IIF将保留L1、L2上的P码。在L1、L2上同 时调制C/A码的全部18颗卫星2015年完成，在此之前和之 后的定位精度的改进见下表。
二、BDS卫星信号
卫星 信号
测距码：测量站星间距离; 导航电文:包含卫星位置、状态等信息； 载波：加载低频信号并传递到用户。
1、载波信号
北斗导航系统采用L频段B1、B2和B3三个频点上 发射开放和授权服务信号。 B1：1599.052MHz-1591.788MHz B2: 1166.22MHz-1217.37MHz B3: 1250.618MHz-1286.423MHz
9
0110
0
1
10 0 0 1 1
1
0
11 1 0 0 1
0
1
12 0 1 0 0
0
1
13 0 0 1 0
0
0
14 0 0 0 1
1
0
15 1 0 0 0
1
m序列的特性
均衡性 游程分布 移位相加特性
GPS信号接收机就是利用这一特征使所接收的伪噪声 码和机内产生的伪噪声码达到对齐同步，进而捕获和识 别来自不同GPS卫星的伪噪声码，解译出它们所传送的 导航电文，测定从卫星到测站之间的距离。
载波特点
所选择的频率有利于测定多普勒频移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟
（电离层折射延迟与信号的频率有关）
大气结构及性质
对流层：40km以下，冷热、雨雪 风、水蒸气。属非弥散介质。
电离层：70km以上，空气分子以 带电粒子的形式存在，属弥散介质， 对电磁波传播影响显著，折射率主 要取决于带电子数的多少和电磁波 频率的高低。
被调制在L1和L2上
测时精度：
0.097752
s
1 100
9.7752 1010 s
测距精度：
29.3
1 100
0.293m
P码的产生
• 它是由两个伪随机码PN1(t)和PN2(t)的乘积得到的。 • PN1(t)和PN2(t)分别由两级12位移位寄存器构成。
5、AS政策
• AS（Anti-Spoofing）称为反电子欺骗技术。 • 1994年1月31日实施； • 即在P码上增加一个极度保密的W码，形成新的Y码，绝对
作用
搭载其它调制信号
L1
测距
19.03c m
测定多普勒频移
类型
L2
之前
24.42c m
L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm
L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
现代化后
增加L5 –频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm
• GPS技术采用m序列，即产生于最长线性反馈移位寄存 器。下面以一个由四级反馈移位寄存器组成的m序列为 例。
• 假设初始状态为（a3,a2,a1,a0）=（1,0,0,0），则在每移一
位时，由a3和a0模2相加，产生新的输入 a3 a0 ，使状态
变为（1，1，0，0）。这样移位15次，又回到初始状态。 在完成这一过程中，其输出端产生一个随机码——
B1、B2和B3信号由I、Q两个支路的“测距码+导 航电文”正交调制在载波上构成。
北斗现阶段提供以下四个公开服务信号： ① B1I 信 号 ： 中 心 频 率 为 1561.098MHz ， 在 MEO 卫 星 、
IGSO卫星和GEO卫星上播发。 ② B3I信号: 中心频率为1268.52MHz，在MEO卫星、IGSO
章节九 卫星信号
01 GPS卫星信号 02 BDS卫星信号
一、GPS卫星信号
GPS 卫 星 信 号 是 GPS 卫 星 向 用 户 发送的用于导航 定位的调制波, 包含:载波、测 距码、数据码。
图9-1 GPS信号的产生
1、GPS信号组成
1）卫星信号的产生 GPS信号是把三个调制信号：C/A码、P码、D码
卫星和GEO卫星上播发。 ③ B1C信号: 中心频率为1575.42MHz，只在MEO卫星和
IGSO卫星上播发。 ④ B2a信号：中心频率为1176.45MHz，只在MEO卫星和
IGSO卫星上播发。
2、测距码
① B1I信号测距码：码速率为2.046Mc/s,码长2046。 ② B3I信号测距码：码速率为10.23Mc/s,码长10230。 ③ B1C、B2a信号测距码采用分层码结构，由主码和子码
（广播电文）加载到L波段频率信号上而形成的， 两个调制码均为伪随机噪声码。 （调制：将低频率信号加载到高频率载波上） GPS卫星以L1和L2两个频率发射信号，它们分别 是由星载原子钟产生的基本频率（10.23MHz）经 154和120倍频率形成，如图9-1
2）GPS卫星信号的组成部分 ① 载波（Carrier） *L1 *L2 ② 测距码（Ranging Code） *C/A码（目前只被调制在L1上） *P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） ③ 卫星（导航）电文（Message）
3）GPS卫星信号的频率
基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生 f0频率为10.23MHz
卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频
fL1 154 f0 1575.42MHz; L1 19.03cm fL2 120 f0 1227.60MHz; L2 24.42 cm
C / A码码率 f0 10 1.023MHz; P码码率 f0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f0 20460000 50Hz
测时精度：
0.97752s
1 100
0.0097752 s
测距精度：
293.05
1 100
2.93m
C/A码的产生
4、精码P(y)码
P（Y）码（Precise Code） – 精码
码率：10.23MHz；
周期：7天；
1周期含码元数：6.19×1012；
码元宽度：0.098s ，相当于29.30m；
000111101011001
状态 编号
0 1 2 3 4 5 6 7 8
各级状态 a3,a2,a1,a0 1000 1100 1110 1111 0111 1011 0101 1010 1101
4级m序列的产生
模2 相加
1 1 1 0 1 0 1 1 0
输出
0 0 0 1 1 1 1 0
状态 各级状态 模2 输出 编号 a3,a2,a1,a0 相加
折射数—N0=(n-1)×106。
电离层对不ห้องสมุดไป่ตู้频率电磁波折射
折 射 数 随 高 度 的 变 化
2、伪随机噪声码（PRN）的产生及特性
伪 随 机 噪 声 码 又 叫 伪 随 机 码 或 伪 噪 声 码 （ Pseudo Random Noise，简称PRN），是一个具有一定周期的取值0 和1的离散符号串。
GPS信号的频率关系
分类 基准频率f
基频F 10.23MHz
载频fL1 154f
载频fL2 120f
C/A码的码率fG P码的码率fP D码的码率fD
f/10 f
f/204600
fL1/1540 fL1/154 fL1/31508400
fL2/1200 fL2/120 fL2/24552000
4）载波
伪噪声特性：如对随机噪声取样，并将每次取样按次序 排成序列，发现其功率谱为正态分布
3、粗码C/A码
C/A码（Coarse/Acquisition Code）–粗码/捕获码
码率：1.023MHz；
周期：1ms；
1周期含码元数：1023；
码元宽度：0.97752s ，相当于293.05m； 仅被调制在L1上
相异或构成。
GPS定位精度的改进
BlockIIR-M(Modernized) 2003年发射，在L2上增加C/A码调 制。2005年发射的Block IIF增加第三民用频率L5。
BlockIIM和Block IIF将保留L1、L2上的P码。在L1、L2上同 时调制C/A码的全部18颗卫星2015年完成，在此之前和之 后的定位精度的改进见下表。
二、BDS卫星信号
卫星 信号
测距码：测量站星间距离; 导航电文:包含卫星位置、状态等信息； 载波：加载低频信号并传递到用户。
1、载波信号
北斗导航系统采用L频段B1、B2和B3三个频点上 发射开放和授权服务信号。 B1：1599.052MHz-1591.788MHz B2: 1166.22MHz-1217.37MHz B3: 1250.618MHz-1286.423MHz
9
0110
0
1
10 0 0 1 1
1
0
11 1 0 0 1
0
1
12 0 1 0 0
0
1
13 0 0 1 0
0
0
14 0 0 0 1
1
0
15 1 0 0 0
1
m序列的特性
均衡性 游程分布 移位相加特性
GPS信号接收机就是利用这一特征使所接收的伪噪声 码和机内产生的伪噪声码达到对齐同步，进而捕获和识 别来自不同GPS卫星的伪噪声码，解译出它们所传送的 导航电文，测定从卫星到测站之间的距离。
载波特点
所选择的频率有利于测定多普勒频移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟
（电离层折射延迟与信号的频率有关）
大气结构及性质
对流层：40km以下，冷热、雨雪 风、水蒸气。属非弥散介质。
电离层：70km以上，空气分子以 带电粒子的形式存在，属弥散介质， 对电磁波传播影响显著，折射率主 要取决于带电子数的多少和电磁波 频率的高低。
被调制在L1和L2上
测时精度：
0.097752
s
1 100
9.7752 1010 s
测距精度：
29.3
1 100
0.293m
P码的产生
• 它是由两个伪随机码PN1(t)和PN2(t)的乘积得到的。 • PN1(t)和PN2(t)分别由两级12位移位寄存器构成。
5、AS政策
• AS（Anti-Spoofing）称为反电子欺骗技术。 • 1994年1月31日实施； • 即在P码上增加一个极度保密的W码，形成新的Y码，绝对
作用
搭载其它调制信号
L1
测距
19.03c m
测定多普勒频移
类型
L2
之前
24.42c m
L1 – 频率： 154f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm
L2 – 频率： 120f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm
现代化后
增加L5 –频率：115f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm
• GPS技术采用m序列，即产生于最长线性反馈移位寄存 器。下面以一个由四级反馈移位寄存器组成的m序列为 例。
• 假设初始状态为（a3,a2,a1,a0）=（1,0,0,0），则在每移一
位时，由a3和a0模2相加，产生新的输入 a3 a0 ，使状态
变为（1，1，0，0）。这样移位15次，又回到初始状态。 在完成这一过程中，其输出端产生一个随机码——
B1、B2和B3信号由I、Q两个支路的“测距码+导 航电文”正交调制在载波上构成。
北斗现阶段提供以下四个公开服务信号： ① B1I 信 号 ： 中 心 频 率 为 1561.098MHz ， 在 MEO 卫 星 、
IGSO卫星和GEO卫星上播发。 ② B3I信号: 中心频率为1268.52MHz，在MEO卫星、IGSO
章节九 卫星信号
01 GPS卫星信号 02 BDS卫星信号
一、GPS卫星信号
GPS 卫 星 信 号 是 GPS 卫 星 向 用 户 发送的用于导航 定位的调制波, 包含:载波、测 距码、数据码。
图9-1 GPS信号的产生
1、GPS信号组成
1）卫星信号的产生 GPS信号是把三个调制信号：C/A码、P码、D码
卫星和GEO卫星上播发。 ③ B1C信号: 中心频率为1575.42MHz，只在MEO卫星和
IGSO卫星上播发。 ④ B2a信号：中心频率为1176.45MHz，只在MEO卫星和
IGSO卫星上播发。
2、测距码
① B1I信号测距码：码速率为2.046Mc/s,码长2046。 ② B3I信号测距码：码速率为10.23Mc/s,码长10230。 ③ B1C、B2a信号测距码采用分层码结构，由主码和子码
（广播电文）加载到L波段频率信号上而形成的， 两个调制码均为伪随机噪声码。 （调制：将低频率信号加载到高频率载波上） GPS卫星以L1和L2两个频率发射信号，它们分别 是由星载原子钟产生的基本频率（10.23MHz）经 154和120倍频率形成，如图9-1
2）GPS卫星信号的组成部分 ① 载波（Carrier） *L1 *L2 ② 测距码（Ranging Code） *C/A码（目前只被调制在L1上） *P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） ③ 卫星（导航）电文（Message）
3）GPS卫星信号的频率
基准频率f0由卫星上的原子钟直接产生 f0频率为10.23MHz
卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频
fL1 154 f0 1575.42MHz; L1 19.03cm fL2 120 f0 1227.60MHz; L2 24.42 cm
C / A码码率 f0 10 1.023MHz; P码码率 f0 10.23MHz; 卫星（导航）电文码率 f0 20460000 50Hz
测时精度：
0.97752s
1 100
0.0097752 s
测距精度：
293.05
1 100
2.93m
C/A码的产生
4、精码P(y)码
P（Y）码（Precise Code） – 精码
码率：10.23MHz；
周期：7天；
1周期含码元数：6.19×1012；
码元宽度：0.098s ，相当于29.30m；
000111101011001
状态 编号
0 1 2 3 4 5 6 7 8
各级状态 a3,a2,a1,a0 1000 1100 1110 1111 0111 1011 0101 1010 1101
4级m序列的产生
模2 相加
1 1 1 0 1 0 1 1 0
输出
0 0 0 1 1 1 1 0
状态 各级状态 模2 输出 编号 a3,a2,a1,a0 相加
折射数—N0=(n-1)×106。
电离层对不ห้องสมุดไป่ตู้频率电磁波折射
折 射 数 随 高 度 的 变 化
2、伪随机噪声码（PRN）的产生及特性
伪 随 机 噪 声 码 又 叫 伪 随 机 码 或 伪 噪 声 码 （ Pseudo Random Noise，简称PRN），是一个具有一定周期的取值0 和1的离散符号串。
GPS信号的频率关系
分类 基准频率f
基频F 10.23MHz
载频fL1 154f
载频fL2 120f
C/A码的码率fG P码的码率fP D码的码率fD
f/10 f
f/204600
fL1/1540 fL1/154 fL1/31508400
fL2/1200 fL2/120 fL2/24552000
4）载波
伪噪声特性：如对随机噪声取样，并将每次取样按次序 排成序列，发现其功率谱为正态分布
3、粗码C/A码
C/A码（Coarse/Acquisition Code）–粗码/捕获码
码率：1.023MHz；
周期：1ms；
1周期含码元数：1023；
码元宽度：0.97752s ，相当于293.05m； 仅被调制在L1上
相异或构成。