卫星运动和GPS卫星信号解析

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三、卫星运动及GPS卫星信号
3.8 伪距测量原理
• GPS用户使用码相关法伪距测量测定信号的 传播时间。
• 方法是通过调整相关函数R(t)的值，来测 定信号从卫星到达地面站的传播时间。
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三、卫星运动及GPS卫星信号
• 测距码和复制码的
乘积码中，7个码
元是“+1”，8个
码元是“-1”。
因此，
1T
1
R (t) U (t t)U '(t)d t
T0
T
• 以上论述，对t- >tu均成立。
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3、当t- <tu时 • 两个码序列错开
不足一个码元
3.7.1 导航电文格式
1500bit
word
每25帧 构成一 个主帧
25颗卫星 的星历
字
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三、卫星运动及GPS卫星信号
3.7.2 导航电文的内容
第一数据块
第二数据块
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第三数据块 3
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遥测码（telemetry word, TLW）
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第三数据块
• 第三数据块包括4、5两个子帧，内容包括 了所有GPS卫星的历书数据。
• 当接收机捕获到某颗GPS卫星信号后，根据 第三数据块提供的其它卫星的概略星历、 时钟改正、卫星工作状态等数据，用户可 以选择工作正常、位置适当的卫星，并较 快地捕获到所选择的卫星。
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• 数据龄期AODC
– 数据龄期是时钟改正数的外推时间间隔，表明 卫星时钟改正数的置信度。
AODC=t0c-tt – 其中t0c是第一数据块的参考时刻，tt是计算时
钟改正参数所用数据的最后观测时刻。
• 星期序号WN
– WN是从1980年1月6日子夜零时（UTC）起算的星 期数，是GPS星期数。
• 在测量伪距时，相关函数的表达式：
测距码信号
R (t)T 10 TU (t t)U '(t)dt
复制码信号
– 其中，t为测距码信号传播时间；为接收机 复制码的时间延迟，T为信号周期
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相关函数的存在三种可能的状态
1、当t= 时
• 转换码的第25～30bit为奇偶校验码。
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第一数据块
• 第一数据块位于第1子帧的第3～10字码。 主要包括标识码、时延差改正、星期序号 、卫星的健康状况、数据龄期及卫星时钟 改正系数等。
• 时延差改正Tgd
– 电离层会使GPS在L1、L2上的信号发生时延。 Tgd改正观测结果，提高定位精度。
• -1/T<R(t)<1
t- 0 1/5 2/5 3/5 4/5 1 (tu)
• n为平均角速度改正数；
• 为升交点赤经变化率； • I 为轨道面倾角变化率；
• Cus、Cuc为升交角距的正余弦调和改正项振幅，Cis、 Cic为轨道正面倾角的正余弦调和改正项振幅；
• Crs、Crc为轨道向径正余弦调和改正项振幅；
– 时间参数：
• 星历参考时刻；
• 卫星星历的龄期。
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• 遥测码位于每个子帧的开头，用于表明卫 星注入数据的状态。
– 第1～8bit是同步ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（），为各子帧编码脉冲提 供一个同步起点。
– 第9～22bit是遥测电文，包括地面监控系统注 入数据时的状态信息、诊断信息等。
– 第22、24bit是连接码。 – 第25～30bit是奇偶校验码。
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• 内容包括：
– 开普勒轨道参数：
•a
为卫星轨道椭圆长半轴的平方根；
• e为卫星轨道椭圆偏心率；
• i0为参考时刻t0的轨道面倾角； • 0为参考时刻t0的升交点赤经； • 为近地点角距；
• M0为参考时刻t0的平近点角
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– 轨道摄动9参数；
• 测距码序列与复
制码序列结构相
同，完全对齐，
乘积恒等于1.
R(t)=1
– 注意：电平的乘积相当于码元的模二和
-1-1=1, 11=1, -11=-1, 1-1=-1;
11=0, 00=0, 10=1, 01=1;
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2、当t- =tu时
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奇偶校验码
• 一个字码（30bit）包含6bit奇偶校验码。每一 个bit的奇偶校验码对应前面24bit的数据码。
• 例如：1110 0101 1101 0001 1011 1010
101110
数据码文
校验码文
1110
1
0101
0
1101
1
0001
1
1011
1
1010
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• 卫星时钟改正
– GPS时间系统以地面主控站的原子钟为基准。 – GPS时间和UTC时间存在差值，导航电文把差值
播发给广大用户。
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第二数据块
• 导航电文的第2和第3子帧组成第二数据块 ，内容为GPS卫星星历。
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3.7 GPS导航电文
• GPS卫星导航电文是用户用来定位和导航的 数据基础。
• 主要包括：
– 卫星工作状态信息 – 由C/A码转换到捕获P码的信息
• 这些信息按照一定的数据帧格式播发给用 户，成为数据码（D码）。
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转换码（hand 三、卫星运动及GPS卫星信号 over word, HOW ）
• 转换码位于每个子帧的第二个子码。
• 作用：提供用户从捕获的C/A码转换到捕获 P码的Z计数。Z计数位于转换码的第1～ 17bit，从每周六/周日零时起算的时间计 数。通过Z计数，可以知道观测瞬间在P码 周期中所处的准确位置，以便迅速捕获P码 。