載波與測距碼

GNSS定位測量載波與測距碼目錄CONTENTS衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列載波010203M序列04測距碼05衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)01

衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)01GPS衛(wèi)星信號的組成部分載波（Carrier）L1L2測距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文（Message）GPS衛(wèi)星信號的生成關(guān)鍵設(shè)備–原子鐘

衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)01GPS衛(wèi)星的基準(zhǔn)頻率

f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生頻率為10.23MHz衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻

衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)01載波02作用搭載其它調(diào)制信號測距測定多普勒頻移類型目前L1–頻率：154f0=1575.43MHz；波長：19.03cmL2–頻率：120f0=1227.60MHz；波長：24.42cm現(xiàn)代化后增加L5–頻率：115f0=1176.45MHz；波長：25.48cm

載波02特點所選擇的頻率有利于測定多普勒頻移所選擇的頻率有利于減弱信號所受的電離層折射影響選擇兩個頻率可以較好地消除信號的電離層折射延遲（電離層折射延遲于信號的頻率有關(guān)）

載波02二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列03碼元：一位二進(jìn)制數(shù)被稱為一個碼片（Chip）或者碼元；碼寬：一個碼片的持續(xù)時間TC稱為碼寬；碼率：單位時間內(nèi)所包含的碼片數(shù)目稱為碼率；碼率值等于碼寬TC的倒數(shù)，即1/TC

碼片/秒（赫茲）；如果我們隨機(jī)地、相互地產(chǎn)生一系列二進(jìn)制數(shù)，那么這些數(shù)先后排列在一起就形成一個二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列。不能被預(yù)測，不能被重現(xiàn)，沒有周期性，0和1出現(xiàn)的概率均是0.5。二進(jìn)制數(shù)“0”代表正電平（+1），二進(jìn)制數(shù)“1”代表負(fù)電平（-1）

二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列03很重要的特點是：良好的自相關(guān)性。自相關(guān)函數(shù)（ACF）表達(dá)式：表達(dá)式：偶函數(shù)，關(guān)于原點左右對稱波形：當(dāng)=0時，相關(guān)性最好當(dāng)時，兩者不相關(guān)，或者兩者正交使用碼片的電平值“+1”和“-1”來計算相關(guān)值，一般用離散的二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”來表示碼、序列和數(shù)據(jù)信息。

二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列03M序列04m序列的產(chǎn)生偽隨機(jī)噪聲碼（PRN）簡稱為偽隨機(jī)碼或者偽碼，它不但是一種能預(yù)先確定的、有周期性的二進(jìn)制數(shù)序列，而且又具有接近于二進(jìn)制數(shù)隨機(jī)序列的良好相關(guān)特性。可以由一個多級反饋移位寄存器產(chǎn)生。舉例說明，下圖是一個五級反饋移位寄存器，

其特征多項式為：歷元12345…313210001…1111000…1111100…1111110…1111111…0100011…10一個周期輸出：1111100011011101010000100101100

M序列04

上例中的一個周期輸出：1111100011011101010000100101100這種由n級反饋移位寄存器產(chǎn)生的，周期等于最大可能值（即2n-1碼片）的序列，稱為最長線性反饋移位寄存器，通常簡稱為m序列，其中“m”出自英文單詞“maximum”中的第一個字母。若相同級數(shù)的多項式反饋移位寄存器采取不同的反饋連接方式，則它可以產(chǎn)生周期相等但結(jié)構(gòu)不同的另一個m序列。若特征多項式為：它產(chǎn)生的一個周期為31的m序列為：1111101110001010110100001100101

M序列04m序列的特性它有許多特性，其中包括以下幾點：（1）m序列的周期N等于2n-1碼片，即N=2n-1；（2）在m序列的一個周期中，值為1和值為0的碼片出現(xiàn)的概率均等于0.5，并且值為1的碼片比值為0的碼片多出現(xiàn)一次。（3）m序列的自相關(guān)函數(shù)為1，當(dāng)i是N的整數(shù)倍時

，當(dāng)i不是N的整數(shù)倍的其他整數(shù)時

M序列04測距碼05作用測距性質(zhì)為偽隨機(jī)噪聲碼（PRN－PseudoRandomNoise）不同的碼（包括未對齊的同一組碼）間的相關(guān)系數(shù)為0或1/n（n為碼元數(shù)）對齊的同一組碼間的相關(guān)系數(shù)為1

測距碼05類型目前C/A碼（Coarse/AcquisitionCode）–粗碼/捕獲碼；碼率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含碼元數(shù)：1023；碼元寬度：293.05m；僅被調(diào)制在L1上P（Y）碼（PreciseCode）–精碼；碼率：10.23MHz；周期：7天；1周期含碼元數(shù)：6187104000000；碼元寬度：29.30m；被調(diào)制在L1和L2上現(xiàn)代化后在L2上調(diào)制C/A碼在L1和L2增加調(diào)制M碼

測距碼05C/A碼調(diào)制在載波L1上，是金碼周期：1023（210-1）個碼片，每毫秒重復(fù)一周碼率：1.023×106

碼片/秒碼寬：約等于977.5ns或293m()C/A碼的碼率與載波L1的頻率在數(shù)值上具有這樣一種關(guān)系：在一個C/A碼碼片的時間內(nèi)載波L1重復(fù)1540（即1575.42M/1.023M）周，或者說半個碼片相當(dāng)于770周載波。

測距碼-C/A碼05C/A碼的產(chǎn)生原理圖123456789101.023MHz時鐘復(fù)位123456789101KHz2050Hz1023解碼G1生成器G2生成器相位選擇器G1G2G2iC/A碼

測距碼-C/A碼05C/A碼的產(chǎn)生原理說明為了產(chǎn)生C/A碼，每顆衛(wèi)星在其內(nèi)部電路上有兩個十級反饋移位寄存器，并由此首先產(chǎn)生一對碼率為1.023Mcps、周期長為1023碼片的m序列G1和G2，而這兩個十級m序列的特征多項式如下：接著，G2發(fā)生器并不將其最后一級寄存器的值作為輸出，而是通過相位選擇器選擇G2發(fā)生器中的兩個寄存單元輸出，并將兩者異或相加后輸出一個G2的平移等級序列G2i。最后，m序列G1與平移等價m序列G2i的模2和Gi就成為一個PRN編號為i的衛(wèi)星所發(fā)射的C/A碼。不同PRN編號的衛(wèi)星采用不同的G2平移等價序列選擇，從而得到不同的G2i，并相應(yīng)的組合成不同的C/A碼Gi。以G1和G2作為優(yōu)選m序列對，它們總共可以產(chǎn)生2n+1=1025個不同結(jié)構(gòu)的C/A碼，足夠分配給GPS星座中的所有衛(wèi)星用作碼址。

測距碼-C/A碼