卫星定位导航系统原理及应用
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由卫星上的原子钟直接产生 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
GPS卫星信号结构---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）
GPS卫星信号结构---测距码
作用
测距:通过测时实现测距。
性质
伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
数据块1 时钟修正数
数据块2 星历表 数据块2 星历表 数据块3 卫星历书等 数据块3 卫星历书等
导航电文的内容
遥测字（TLM – Telemetry Word）
每一子帧的第1个字 用作捕获导航电文的前导
(300bits)
第 2子 帧
第 3子 帧
第 4子 帧
第 5子 帧
第 1子 帧
...
第 5子 帧
（第2数据块） （第2数据块） （第3数据块） （第3数据块） （第1数据块）
（ 第 3数 据 块 ）
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
星钟数据龄期AODC
星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）
导航电文的内容
第二数据块
第2、3子帧的第3~10个字 内容
该发送信号卫星的星历 － 广播星历
星历参数
M0, n, e, a, 0,i0,, ,i,Cuc,Cus ,Crc ,Crs ,Cic ,Cis ,toe, AODE
第 1字 遥测字
第 2字 交接字
...来自百度文库
第 10字
第 1字
第 2字
(30bits)
遥测字
交接字
...
第 10字
(30bits)
...
(30bits) (30bits)
(30bits) (30bits)
导航电文内容
第1子帧 第2子帧 第3子帧 第4子帧 第5子帧
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
GPS卫星信号结构
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）
卫星（导航）电文（Message）
GPS卫星信号的生成
关键设备 – 原子钟
GPS卫星信号结构
GPS卫星的基准频率 f0
用伪码测量伪距
GPS卫星信号结构---C/A码和P码
是两种RPN序列。 其作用相当于测距中的定时信号。 C/A码(Coarse/Acquisition Code，粗码/捕获码):
是一种短码，码率为f0/10=1.023Mbps，周期为 1ms。 P码（Precise Code，精码)是一种长码，其码率为 f0=10.23Mbps。
GPS卫星信号结构---载波
作用
搭载其它调制信号 测距
L1
19.03c m
测定多普勒频移
L2
类型
24.42c m
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
不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系 数为0或1/n（n为码元数）
对齐的同一组码间的相关系数为1
PRN伪随机码
伪随机码又称为伪噪声码，简称PRN（Pseudo Random Noise Code)，是一组人工生成的噪声 码。
它不仅具有高斯噪声所有的良好的自相关特征，而 且具有某种确定的编码规则。GPS信号中使用了 伪随机码编码技术，识别和分离各颗卫星信号，并 提供无模糊度的测距数据。
卫星定位导航系统原理与应用
第三讲
授课教师: 付梦印/张继伟 6号教学楼606室 Tel:68914382
Email:hellozjw@bit.edu.cn
GPS卫星信号结构
GPS信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航 定位的已调波，其调制波是卫星导航电文和测距 码的组合码。
GPS卫星信号结构
GPS卫星信号结构--- C/A码
码率： f0/10=1.023 Mbps 周期： 1 ms 码元数：1023 码元宽度： 293.05 m 载波：L1
GPS卫星信号结构--- P码
码率： f0=10.23 Mbps 周期： 7 days 码元数： 6187104000000 码元宽度： 29.3 m 载波：L1、L2
GPS卫星信号结构--- C/A与P码
GPS卫星信号结构---导航电文
作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、 卫星状态信息及其它信息。
基本结构：
导航电文
第 1主 帧
第 2主 帧
...
(1500bits)
(1500bits)
第 25主 帧 (1500bits)
第 1子 帧 （ 第 1数 据 块 ）
交接字（HOW – Hand Over Word）
每一子帧的第2个字 主要内容：Z计数
导航电文的内容
第一数据块
第1子帧的第3~10个字 内容：
WN – GPS周 L1所调制测距码标识符 – “10”表示C/A码，“01”表示
P(Y)码 传输参数N – URA TGD – 信号在卫星内部的时延
4级m序列产生示意图
伪随机噪声码测距原理
卫星发射一伪随机噪声码，而接收机内也产 生一伪随机噪声码，且两个码序列是相同的m 序列，时间也是精确同步的。
当卫星信号经过传播距离的时间延迟ﺡ到达 接收机，与本地复制码进行相关处理时，移动 本地码，使相关函数达到最大值，本地码所移 动的延迟值就是卫星信号的传播延迟（ﺡ传播 时间），它乘上光速即为所测距离。
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
GPS卫星信号结构---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）
GPS卫星信号结构---测距码
作用
测距:通过测时实现测距。
性质
伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
数据块1 时钟修正数
数据块2 星历表 数据块2 星历表 数据块3 卫星历书等 数据块3 卫星历书等
导航电文的内容
遥测字（TLM – Telemetry Word）
每一子帧的第1个字 用作捕获导航电文的前导
(300bits)
第 2子 帧
第 3子 帧
第 4子 帧
第 5子 帧
第 1子 帧
...
第 5子 帧
（第2数据块） （第2数据块） （第3数据块） （第3数据块） （第1数据块）
（ 第 3数 据 块 ）
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
(300bits)
星钟数据龄期AODC
星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）
导航电文的内容
第二数据块
第2、3子帧的第3~10个字 内容
该发送信号卫星的星历 － 广播星历
星历参数
M0, n, e, a, 0,i0,, ,i,Cuc,Cus ,Crc ,Crs ,Cic ,Cis ,toe, AODE
第 1字 遥测字
第 2字 交接字
...来自百度文库
第 10字
第 1字
第 2字
(30bits)
遥测字
交接字
...
第 10字
(30bits)
...
(30bits) (30bits)
(30bits) (30bits)
导航电文内容
第1子帧 第2子帧 第3子帧 第4子帧 第5子帧
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
遥测字 转换字 （TLM） （HOW）
GPS卫星信号结构
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）
卫星（导航）电文（Message）
GPS卫星信号的生成
关键设备 – 原子钟
GPS卫星信号结构
GPS卫星的基准频率 f0
用伪码测量伪距
GPS卫星信号结构---C/A码和P码
是两种RPN序列。 其作用相当于测距中的定时信号。 C/A码(Coarse/Acquisition Code，粗码/捕获码):
是一种短码，码率为f0/10=1.023Mbps，周期为 1ms。 P码（Precise Code，精码)是一种长码，其码率为 f0=10.23Mbps。
GPS卫星信号结构---载波
作用
搭载其它调制信号 测距
L1
19.03c m
测定多普勒频移
L2
类型
24.42c m
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
不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系 数为0或1/n（n为码元数）
对齐的同一组码间的相关系数为1
PRN伪随机码
伪随机码又称为伪噪声码，简称PRN（Pseudo Random Noise Code)，是一组人工生成的噪声 码。
它不仅具有高斯噪声所有的良好的自相关特征，而 且具有某种确定的编码规则。GPS信号中使用了 伪随机码编码技术，识别和分离各颗卫星信号，并 提供无模糊度的测距数据。
卫星定位导航系统原理与应用
第三讲
授课教师: 付梦印/张继伟 6号教学楼606室 Tel:68914382
Email:hellozjw@bit.edu.cn
GPS卫星信号结构
GPS信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航 定位的已调波，其调制波是卫星导航电文和测距 码的组合码。
GPS卫星信号结构
GPS卫星信号结构--- C/A码
码率： f0/10=1.023 Mbps 周期： 1 ms 码元数：1023 码元宽度： 293.05 m 载波：L1
GPS卫星信号结构--- P码
码率： f0=10.23 Mbps 周期： 7 days 码元数： 6187104000000 码元宽度： 29.3 m 载波：L1、L2
GPS卫星信号结构--- C/A与P码
GPS卫星信号结构---导航电文
作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、 卫星状态信息及其它信息。
基本结构：
导航电文
第 1主 帧
第 2主 帧
...
(1500bits)
(1500bits)
第 25主 帧 (1500bits)
第 1子 帧 （ 第 1数 据 块 ）
交接字（HOW – Hand Over Word）
每一子帧的第2个字 主要内容：Z计数
导航电文的内容
第一数据块
第1子帧的第3~10个字 内容：
WN – GPS周 L1所调制测距码标识符 – “10”表示C/A码，“01”表示
P(Y)码 传输参数N – URA TGD – 信号在卫星内部的时延
4级m序列产生示意图
伪随机噪声码测距原理
卫星发射一伪随机噪声码，而接收机内也产 生一伪随机噪声码，且两个码序列是相同的m 序列，时间也是精确同步的。
当卫星信号经过传播距离的时间延迟ﺡ到达 接收机，与本地复制码进行相关处理时，移动 本地码，使相关函数达到最大值，本地码所移 动的延迟值就是卫星信号的传播延迟（ﺡ传播 时间），它乘上光速即为所测距离。