伪距、载波相位测量原理
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3.9.1 GPS卫星的载波信号 3.9.2 GPS卫星信号的调制 3.9.3 GPS卫星信号的解调 3.9.4 载波相位测量原理
GPS卫星信号的组成部分
载波（Carrier）
L1 L2
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）
理（如AS）
每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码
码相关伪距测量
特点 定位速度快，实时定位 精度较高 对信号的强度要求不高
3.9 卫星的载波信号及相位测量原理
3.9.1 GPS卫星的载波信号 3.9.2 GPS卫星信号的调制 3.9.3 GPS卫星信号的解调 3.9.4 载波相位测量原理
重建载波
问题的产生
调制了测距码和 导航电文后，载 波将不连续
要测定载波相位， 必须设法使不连 续的载波信号恢 复为连续的载波 信号
重建载波
定义：将非连续载波信号恢复成连续载波 信号的过程
方法： (1)-码相关法 (2)-平方法 (3)-互相关（交叉相关）技术(补) (4)-Z跟踪技术（补）
测距码的调制与解调
在数字通讯技术中，为了有效地传播信息， 一般均将低频信号加载到高频的载波上， 这时原低频信号称为调制信号，而加载信 号后的载波就称为已调波。
GPS信号调制，是采用调相技术实现的。
卫星信号的调制
模二和
运算规则
二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二 进制“1”，则
6
测距码测距原理①
距离测定的基本思路
ctc
信号传 播时间
信号（测距码）传播时间的测定
相关系数：
R(t)1 TU(tt)U/(t)dt
T0
信号传播时间的测定
测距码测距原理②
利用测距码测距的必要 条件
必须了解测距码的结构
利用测距码进行测距的 优点
易于捕获微弱的卫星信号 可提高测距精度 便于对系统进行控制和管
3.9.1 GPS卫星的载波信号
GPS卫星的测距码信号和导航电文信号都属于低频 信号
其中C/A码和P码的数码率分别为1.023 Mbit/s与 10.23 Mbit/s，而D码(导航电文，又称为数据码) 的数码率仅为50 bit/s。GPS卫星离地面远达 2×104km，其电能又非常紧张，因此很难将上述数 码率很低的信号传输到地面。
Z跟踪技术
AS
010010 P码
P码+W码Y码
+
W码的码元宽度为Y码的 W 码
0（ 1）
二十倍
= 010010
Z跟踪技术
Y码
原理
在一个 W码码元内
Y码
P码 P码
P码 + W码
010010
1（ -1）
将卫星信号在一个W码码 = 元内与接收机复制出的P Y 码 码进行相关处理
101101
小结
载波重建 码相关法 平方法 互相关（交叉相关）技术 载波相位测量
3.8 伪距测量原理
测距方法
双程测距
用于电磁 波测距仪
单程测距
用于GPS
测距码
C/A码 P码
码相关伪距测量原理
码相关法伪距测量是通过调整自相 关函数R(t)的值，测定测距码信号由卫星到 达测站的传播时间实现的。
（3）互相关（交叉相关）
方法
在不同频率的调制 信号（卫星信号） 进行相关处理，获 取两个频率间的伪 距差和相位差
RL2RL1,C/A(RL2,YRL1,Y) L2L1,C/A(L2L1)
互相关（交叉相关）
技术要点 不同频率的卫星信号（弱）进 行相关。
特点 优点：无需了解Y码的结构， 可获得导航电文，可获得全波 波长的载波，信号质量较平方 法好（信噪比降低了27dB）
重建载波
将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。
伪距测量与载波相位测量
载波调制了电文之后 变成了非连续的波
码相关法
将所接收到的调制信号（卫星 信号）与接收机产生的复制码 相乘。
卫 星 信 号 的 生 成
接 收 机 重 建 载 波
(c )2 0 0 2 , 黄 劲 松
码相关法
码相关法
技术要点 卫星信号（弱）与接收机信号（强） 相乘。
3.9 卫星的载波信号及相位测量原理
3.9.1 GPS卫星的载波信号 3.9.2 GPS卫星信号的调制 3.9.3 GPS卫星信号的解调 3.9.4 载波相位测量原理
载波相位测量的特点
优点：测距精度高，可达0.1mm量级 难点： 重建载波 存在整周数不确定问题 存在整周跳变问题
卫星（导航）电文（Message）
载波
作用
搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移
类型
目前 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
伪距测量原理
当卫星发射的测距码信号经过t秒传播后到达 接收机时，接收机产生一个结构完全相同的复 制码序列，并在延时器的控制下不断调整值， 直到R(t)=1为止。
此时，t = ，也就是说t可被测定。 传输时间t乘以光速c可以获得卫星到测量站的
距离。 t包含卫星钟和接收机钟的不同步误差，因此
测量出来的距离叫做伪距。
特点 限制：需要了解码的结构。 优点：可获得导航电文，可获得全波 长的载波，信号质量好（信噪比高）
平方法
将所接收 到的调制信号 （卫星信号）自 乘。
பைடு நூலகம்
平方法
技术要点 卫星信号（弱）自乘。
特点 优点：无需了解码的结构 缺点：无法获得导航电文，所获 载波波长为原来波长的一半，信 号质量较差（信噪比低，降低了 30dB）
（4）Z跟踪
技术要点：将卫星信号在一个W码码元内与 接收机复制出的P码进行相关处理。
在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复 制信号（强）进行相关。
解决这一难题的办法，就是另外发射一种高频信号， 并将低频的测距码信号和导航电文信号加载到这一 高频信号上，构成一高频的已调波发射给地面。
GPS卫星的基准频率 f0
由卫星上的原子钟直接产生 原子钟的基准频率为10.23MHz 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍
频或分频
3.9 卫星的载波信号及相位测量原理
GPS卫星信号的组成部分
载波（Carrier）
L1 L2
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）
理（如AS）
每颗GPS卫星都采用特定的 伪随机噪声码
码相关伪距测量
特点 定位速度快，实时定位 精度较高 对信号的强度要求不高
3.9 卫星的载波信号及相位测量原理
3.9.1 GPS卫星的载波信号 3.9.2 GPS卫星信号的调制 3.9.3 GPS卫星信号的解调 3.9.4 载波相位测量原理
重建载波
问题的产生
调制了测距码和 导航电文后，载 波将不连续
要测定载波相位， 必须设法使不连 续的载波信号恢 复为连续的载波 信号
重建载波
定义：将非连续载波信号恢复成连续载波 信号的过程
方法： (1)-码相关法 (2)-平方法 (3)-互相关（交叉相关）技术(补) (4)-Z跟踪技术（补）
测距码的调制与解调
在数字通讯技术中，为了有效地传播信息， 一般均将低频信号加载到高频的载波上， 这时原低频信号称为调制信号，而加载信 号后的载波就称为已调波。
GPS信号调制，是采用调相技术实现的。
卫星信号的调制
模二和
运算规则
二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二 进制“1”，则
6
测距码测距原理①
距离测定的基本思路
ctc
信号传 播时间
信号（测距码）传播时间的测定
相关系数：
R(t)1 TU(tt)U/(t)dt
T0
信号传播时间的测定
测距码测距原理②
利用测距码测距的必要 条件
必须了解测距码的结构
利用测距码进行测距的 优点
易于捕获微弱的卫星信号 可提高测距精度 便于对系统进行控制和管
3.9.1 GPS卫星的载波信号
GPS卫星的测距码信号和导航电文信号都属于低频 信号
其中C/A码和P码的数码率分别为1.023 Mbit/s与 10.23 Mbit/s，而D码(导航电文，又称为数据码) 的数码率仅为50 bit/s。GPS卫星离地面远达 2×104km，其电能又非常紧张，因此很难将上述数 码率很低的信号传输到地面。
Z跟踪技术
AS
010010 P码
P码+W码Y码
+
W码的码元宽度为Y码的 W 码
0（ 1）
二十倍
= 010010
Z跟踪技术
Y码
原理
在一个 W码码元内
Y码
P码 P码
P码 + W码
010010
1（ -1）
将卫星信号在一个W码码 = 元内与接收机复制出的P Y 码 码进行相关处理
101101
小结
载波重建 码相关法 平方法 互相关（交叉相关）技术 载波相位测量
3.8 伪距测量原理
测距方法
双程测距
用于电磁 波测距仪
单程测距
用于GPS
测距码
C/A码 P码
码相关伪距测量原理
码相关法伪距测量是通过调整自相 关函数R(t)的值，测定测距码信号由卫星到 达测站的传播时间实现的。
（3）互相关（交叉相关）
方法
在不同频率的调制 信号（卫星信号） 进行相关处理，获 取两个频率间的伪 距差和相位差
RL2RL1,C/A(RL2,YRL1,Y) L2L1,C/A(L2L1)
互相关（交叉相关）
技术要点 不同频率的卫星信号（弱）进 行相关。
特点 优点：无需了解Y码的结构， 可获得导航电文，可获得全波 波长的载波，信号质量较平方 法好（信噪比降低了27dB）
重建载波
将非连续的载波信号恢复成连续的载波信号。
伪距测量与载波相位测量
载波调制了电文之后 变成了非连续的波
码相关法
将所接收到的调制信号（卫星 信号）与接收机产生的复制码 相乘。
卫 星 信 号 的 生 成
接 收 机 重 建 载 波
(c )2 0 0 2 , 黄 劲 松
码相关法
码相关法
技术要点 卫星信号（弱）与接收机信号（强） 相乘。
3.9 卫星的载波信号及相位测量原理
3.9.1 GPS卫星的载波信号 3.9.2 GPS卫星信号的调制 3.9.3 GPS卫星信号的解调 3.9.4 载波相位测量原理
载波相位测量的特点
优点：测距精度高，可达0.1mm量级 难点： 重建载波 存在整周数不确定问题 存在整周跳变问题
卫星（导航）电文（Message）
载波
作用
搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移
类型
目前 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
伪距测量原理
当卫星发射的测距码信号经过t秒传播后到达 接收机时，接收机产生一个结构完全相同的复 制码序列，并在延时器的控制下不断调整值， 直到R(t)=1为止。
此时，t = ，也就是说t可被测定。 传输时间t乘以光速c可以获得卫星到测量站的
距离。 t包含卫星钟和接收机钟的不同步误差，因此
测量出来的距离叫做伪距。
特点 限制：需要了解码的结构。 优点：可获得导航电文，可获得全波 长的载波，信号质量好（信噪比高）
平方法
将所接收 到的调制信号 （卫星信号）自 乘。
பைடு நூலகம்
平方法
技术要点 卫星信号（弱）自乘。
特点 优点：无需了解码的结构 缺点：无法获得导航电文，所获 载波波长为原来波长的一半，信 号质量较差（信噪比低，降低了 30dB）
（4）Z跟踪
技术要点：将卫星信号在一个W码码元内与 接收机复制出的P码进行相关处理。
在一个W码码元内进行卫星信号（弱）与复 制信号（强）进行相关。
解决这一难题的办法，就是另外发射一种高频信号， 并将低频的测距码信号和导航电文信号加载到这一 高频信号上，构成一高频的已调波发射给地面。
GPS卫星的基准频率 f0
由卫星上的原子钟直接产生 原子钟的基准频率为10.23MHz 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍
频或分频
3.9 卫星的载波信号及相位测量原理