2022年GPS北斗學習筆記

1、影響捕獲算法的兩個因素： 1 ,捕獲的數(shù)據(jù)長度,對于信噪比比較高的信號,捕獲的數(shù) 據(jù)長度取 1 2ms 即可, 對于脆弱信號增加數(shù)據(jù)長度可以提高捕獲的信噪比, 去 410ms；2, 多普勒頻移搜尋的步長； GPS 信號采樣頻率不能PRN 碼速率的整數(shù)倍,否就將導致采樣與 PRN 碼同步,當 使 用兩組時差小于單位采樣時間的采樣點采樣時總會得到相同的采樣數(shù)據(jù)； 是 中得到的 PRN 碼的起始點初始相位的精確解的精度不會高于單位采樣時 數(shù)字信號處理過程 間； 實際中,采樣頻率不能是 PRN 加上或者減去多普勒頻移所得的頻率值的整數(shù)倍,甚至 也不要接近這個頻率值的整數(shù)倍, 否就采樣數(shù)據(jù)會比較接近,

2、需要較長的時間的數(shù)據(jù)才能檢 測到采樣數(shù)據(jù)的時間差； 由于 C/A 碼的周期是 1ms,要完成碼的剝離必需搜尋到碼相位, 所以使用的捕獲數(shù)據(jù)的 最小長度是 1ms； 當碼相位搜尋步長由 1 個采樣點增加到 n 個采樣點（ 1/2 個碼元）是,輸出信噪比變化 第 1 頁,共 4 頁不大,基本不會影響捕獲； 但是超過這個值, 衛(wèi)星信噪比會嚴肅衰減, 從而使捕獲才能減弱； 頻率步長的選擇范疇是 0 到單次相關運算捕獲數(shù)據(jù)長度的倒數(shù), 頻率步長增加時, 捕獲 速度減慢,捕獲精度提高,捕獲才能提高； 次序搜尋算法的捕獲速度隨著 N 和 K 的增加或者頻率步長的減小而減慢,捕獲精度取 決于開頭是碼相位搜尋步

3、長和頻率搜尋步長的設置,捕獲才能隨著 N 和 K 的增加或者頻率 步長的減小而增加；綜合各方面的考慮,當取 N=1,K=1,頻率步長 step=500Hz 時可以得到 比較理想的捕獲性能； 基于圓卷積的 FFT 捕獲算法捕獲速度取決 捕獲的碼相位精度為單位時間的采樣時間間隔, 于 K 值的增加和步長削減而增強； K 值的增加,與次序搜尋算法相比要快得多, 頻率解精度取決于步長設置, 捕獲才能隨著 在捕獲精度方面, 次序捕獲算法和 FFT 頻域搜尋算法碼相位精度都可以調 但是基于 圓卷積的 FFT 捕獲算法的碼相位搜尋步長只能取一個采樣點,在捕獲數(shù)據(jù)長度不變的情形 劑, 下,次序捕獲算法和基于圓

4、卷積的捕獲算法的頻率搜尋步長都能調劑, 但是 FFT 頻域搜尋法只能依靠增加數(shù)據(jù)長度來提高頻率解精度； 算 在捕獲才能方面, 等捕獲速度相同的條件下, 的衛(wèi)星； 基于圓卷積的 FFT 捕獲算法可以捕獲更 多 通過測量本地 PRN 序列的真實起始點可以獲得精確的時間解,而要想獲得輸入信號中 的真實起始點的方法：使用三種信號：即時,超前和滯后信號；本地產(chǎn)生的 PRN 碼看成是 即時碼,在這個基礎上,以固定間隔生成超前和滯后碼； 擴頻通信的意義：在給定的傳輸速率 C 下,頻帶寬度 W 和信噪比 P/N 是可以相互轉化 的,即可以通過增加頻帶的方法, 在較低的信噪比情形下傳輸信息； 擴展頻譜換取要求的

5、信 噪比降低,就是擴頻通信的重要特點； GPS 電文格式：接收電文數(shù)據(jù)為 50Hz,每幀數(shù)據(jù) 1500bit ,分為 30s 傳送,分成 5 個子 幀,每個子幀 300bit ,6s 傳送,傳送完整的歷書需要 25 幀, ,GPS 接收機 一旦開頭工作就必需一次性將歷書接收完整；每個子幀 每個字最終 6bit 均為奇偶校驗碼； 300bit 分成 10 個字,每個字 30bit , C/A 碼由兩個十級線性反饋移位寄存器依據(jù)不行分解的多項式組合而成； 寄存器有共同 的 的時鐘驅動,全部寄存器置一個初始狀態(tài),兩個十級移位寄存器分別為 G1 和 G2,其中 G2 輸出抽頭準備了不同的 C/A 碼,

6、 G1 的輸出抽頭固定為第十級寄存器, G1 和 G2 的輸出抽頭進行抑異或,結果為 C/A 碼序列； 在一般的通訊中載波的作用是傳送運輸調制信號, 號后, 載波就不再起作用了； 但在全球定位系統(tǒng)中, 當調制波到達接收機并解調出調制信 載波除了更好的傳送測距碼和導航電文 外,本身也被當作一種測距信號來使用；載波相位測量的精度很高,在高精度 GPS 定位中 應用相當?shù)膹V泛； 由于 m 序列的周期性,其自相關函數(shù)也是一個周期函數(shù)；并且當兩個差在 m 序列彼此的偏 一個碼位以內時,其相關函數(shù)值急劇增大,而在一個碼位以外,函數(shù)值很??； Gold 碼是由兩個長度相同的相互關系數(shù)極大值為最小的 序列； m

7、 序列逐位模 2 加所得到的碼 用戶位置可以用四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù),接受最小二乘法求解； 在多普勒頻移測量方面, 為了防止顯現(xiàn)多普勒計數(shù)的雙值性, 用戶接收機不是直接測量 接收頻率與發(fā)射頻率之差,而是測量接收頻率與本機基準頻率之差,求其多普勒計數(shù)值； 依據(jù) DSP 的特點,FPGA 使用雙緩沖區(qū)方 將數(shù)控 AGC 輸出的 16 個 Zbit 數(shù)據(jù)拼成 32bit 式, 6000 個 32bit 數(shù)據(jù)；假如填滿當前緩沖區(qū), 儲存在當前緩沖區(qū)中并且每個緩沖區(qū)最多儲存 自動切換到下一個緩沖區(qū),同時向 DSP 發(fā)出中斷,通 DSP 讀取數(shù)據(jù)； 知 第 2 頁,共 4 頁DSP 主要完成的任務：數(shù)字混頻,偽碼

8、相關,捕獲跟蹤； 解擴通過本地偽碼信號和接收信號相乘實現(xiàn),解擴之后,復原出原始的窄帶數(shù)據(jù)信號, 同時噪聲, 多址干擾等不相關的信號仍然保持為寬帶信號, 經(jīng)過低通濾波器就可將雜質信號 的大部分濾除；傳統(tǒng)的 GPS 接收機中,包括了偽碼解擴和數(shù)據(jù)解調兩個過程,解擴在碼延 遲鎖定環(huán)中完成,得到數(shù)據(jù)碼調制的載波,在用一個 到數(shù)據(jù)碼； 我國北斗二代導航系統(tǒng)的最新進展： 預備 OS 服務模式的調制方式修改成如下： Costas 環(huán)就可以將載波剝離,最終得 中心頻率： 1575.42MHz ,碼速率： ,符號速率（導航碼速率） 制方式： ： 50/100Hz；調 MBOC（ 6, 1, 1/11）；關于 M

9、BOC6,1,1/11：這是從頻域上對 MBOC 進行了定義,其功率譜密度是數(shù)據(jù)通道信 號和導頻信號的聯(lián)合功率譜密度；其功率譜密度表達式為： G signal f 10 G 11 BOC 1,1 f 11 1 G BOC 6,1 f 式中 1/11 指數(shù)據(jù)和導頻通道中 BOC6,1 的功率只和占總功率的 1/11； 北斗系統(tǒng)定時播發(fā)時鐘同步信號,全部北斗終端可輸出北斗系統(tǒng)的精確時間信息 , 以校對 SCADA 系統(tǒng)各類設備的時鐘,保證系統(tǒng)同步；北斗導航系統(tǒng)的主要特點是將精確定位和短電文通信兩項功能結合在一個系統(tǒng)中； 北斗系統(tǒng)具有定位,短數(shù)據(jù)通信和授時功能； 授時： PNT 將來全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)

10、 GNSS包括：北斗 /GPS/GLONASS伽 / 利北斗導航相對與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢在于可為衛(wèi)星導航用戶供應系統(tǒng)級 略； 服務；例如：針對授時用戶,特地搭載單向和雙向授時信息； 通過授時完成與系統(tǒng)之間的 時間和頻率同步,供應 100ns（單向）和 20ns（雙向）的時間同步精度； “北斗一號” 系統(tǒng)是雙向的, 用戶第一發(fā)射需要定位的信號, 通過衛(wèi)星轉發(fā)至地面 把握中心, 地面把握中心解算出位置后再通過衛(wèi)星轉發(fā)給用戶, 信功能,但是有容量限制； 這實際上是既有定位又有通 除了有北斗用戶機之外,仍需要到北斗星通公司辦理確定的手續(xù)才能使用北斗系 統(tǒng)； 該系統(tǒng)用戶容量通常每小時僅為 540

11、000 次； 北斗一號衛(wèi)星定位系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星（ 80E 和 140 E）,一顆在軌備份衛(wèi) 星（ 110.5 E）,中心把握系統(tǒng),標校系統(tǒng)和各類用戶機等部分組成； 北斗一號的掩蓋范疇是北緯 555,東經(jīng) 70140之間的心臟地區(qū),上大下小, 最寬處在北緯 35左右,其定位精度為水平精度 100 米,設立標校站之后為 20 米,公共頻 率 ； 定位原理：以 2 顆衛(wèi)星的已知坐標為圓心,各以測定的本星至用戶機距離為半徑, 形成 2 個球面, 用戶機必定位于這 2 個球面交線的圓弧上； 電子高程地圖供應的是一個地心 為球心, 一球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面； 求解圓弧線與地球表面交點即

12、可獲得 用戶位置； 的產(chǎn)業(yè)； 衛(wèi)星導航應用產(chǎn)業(yè), 已成為世界八大無線產(chǎn)業(yè)之一, 也是全球信息產(chǎn)業(yè)中進展最快 北斗系統(tǒng)是雙星有源定位, 可以全天候, 全天時供應區(qū)域衛(wèi)星導航信息的導航系統(tǒng)； 衛(wèi)星并不發(fā)射導航電文, 也不配備高精度的原子鐘, 只是用于在地面中心站與用戶 第 3 頁,共 4 頁之間進行雙向信號中繼； 用戶終端為僅帶有定向天線的收發(fā)器, 用于接收中心站通過衛(wèi)星轉發(fā)來的信號和向 中心站發(fā)射通信請求,不含定位解算處理器,設備相對比較簡潔； 用戶機； 終端可以分為定位通信型（基本型用戶機） ,通信型,授時型和治理型（指揮型） 用戶仍可以進行精密授時 ,地面中心站將發(fā)送標準時間和衛(wèi)星的位置信息

13、；用戶進 行單向授時時, 接收此信號與本地時鐘進行比對, 運算出差值, 然后調整本地時鐘與標準時 間對齊,單向授時精度為 100ns；進行雙向授時時,就將對比結果經(jīng)衛(wèi)星裝發(fā)回地面中心, 由地面中心運算出本地時鐘和標準時間的差值, 再經(jīng)兩顆衛(wèi)星之一轉發(fā)給用戶, 用戶按此事 件調整本地時鐘與標準時間信號對齊,雙授時精度為 20ns； 北斗用戶容量取決于衛(wèi)星的可用頻帶寬度, 信號的調制和編碼方式以及地面中心站 的運算速度, 用戶容量是有限的； 仍取決于用戶答應的信道堵塞率, 詢問信號速率和用戶的 響應頻率；赤道地區(qū)的精度比較低；極高緯度因不能有效掩蓋而無法使用； 北斗導航系統(tǒng)具有用戶與用戶,用戶與地

14、面把握中心之間雙向數(shù)字報文通信才能, 一般一次可以傳輸 36 個漢字,進核準的用戶利用連續(xù)傳輸方式可以傳輸 120 個漢字； 北斗導航系統(tǒng)是主動式雙向測距二維導航； 北斗系統(tǒng)的缺陷： 一是用戶定位的同時失去了無線電隱匿性, 在軍事上不利； 二是 設備必需包含發(fā)射機,在體積,重量,價格和功耗方面處于不利的位置； 北斗導航定位系統(tǒng)是由太空的導航通信衛(wèi)星,地面把握中心和客戶端三部分組成； 號； 客戶端是直接由用戶使用的設備, 主要用于接收地面把握中心經(jīng)衛(wèi)星轉發(fā)的測距信 北斗系統(tǒng)接受它接受碼分多址 CIhtA 制式,抗干擾性能大大優(yōu)于現(xiàn)有的衛(wèi)星導航 系統(tǒng)； 由于是同步衛(wèi)星,相對于終端來說, 下行波束的

15、角度很窄,也就是說, 運動的地面 終端必需不斷調成天線的指向,在車船上,是靠一整套的穩(wěn)固裝置,對于高速運動的設備, 這是幾乎做不到的； 工作頻段 :中心站至衛(wèi)星 C 波段,上行 6 GHz,下行 4 GH；用戶機至衛(wèi)星,上行為 L 波段 1 610MHz 一 1626.5MHz ,下行為 S 波段,24 83.5MHz 一 25 00M Hz. 傳輸速率 :上行 5kbps,下行 ；用戶機對衛(wèi)星的可工作仰角范疇 :10一 75； GPS 傳輸?shù)闹行念l率, 和 ； 是 格魯那斯傳輸?shù)闹行念l率是 , 和 ； 北斗調制的方式為 QPSK BPSK； GPS 獲得時間同步的方式 和 使衛(wèi)星和接收機同步以使之在完全相同的時間內產(chǎn)生 相同的碼字； 然后我們所要做的就是從衛(wèi)星接收碼字, 為： 在回頭看看在多久之前我們的接收機 生成了相同的碼,時間差就是信號抵達我們的時間； 北斗二代的中心頻率大