基于systemview的GPS卫星信号仿真研究(3)
2.1.2 GPS仿真要求
为了获得最真实的GPS接收机性能精性确，就需要在真实环境下模拟的GPS信号。为了获得真实数据，首先要确定信号生成算法和载波以及码的多普勒算法等等，然后就是搭建信号收发平台，在接收端进行信号分析，把接收端能正确得到用户所需信息作为此算法能正确反映卫星信号的判断依据。
在构建仿真平台时，因为可能有11颗卫星同时位于地平线以上，所以最多只需仿真12颗卫星的信号就可以了。
2.2 GPS信号原理及其特性
2.2.1 GPS信号的频率特性、调制方式及其特性
GPS接收机信号是由GPS全球定位系统卫星上振荡器产生的，所以GPS接收机信号都由一个基本频率f0=10.23M赫兹组成的。 GPS卫星发射的信号主要有三个部分，分别是导航电文、载波频率以及测距码。
GPS卫星信号是扩频码,数据码和载波信号三者乘积，每一个GPS卫星都配备有频率稳定的铷原子钟和铯原子钟，这两种原子钟产生一个10.23M赫兹的时钟作为卫星基准信号频率。
C/A码频率为1.023M赫兹,重复周期为一毫秒，码间距为1微秒；P码频率为10.23M赫兹，重复周期为266.4天，码间距为0.1微秒。频率通过用频率综合器进行分配，即可得到所需的各项频率，解构如图2.1所示。
图2.1 GPS卫星信号频率分配原理图
调制在通信系统中起着十分重要的作用，通过调制，不但可以进行频谱搬移，而且对系统的传输有效性和可靠性起到很大的影响，所以调制的方式决定了一个通信系统的性能。
扩频码和数据码是低频信号，尤其是数据信号速率很低。而GPS卫星离地球距离是很远的，再加上卫星能源短缺，希望将数据直接发送到用户代码是不现实的。
GPS卫星发射信号位于L波段，占据两个载波频率L1和L2。L1频率为154f0,C/A码、P码和D码调制在其上。L2载波频率为120f0，P码调制在其上，根据地面指令，D码可选择是否调制。
在逻辑电路上，扩频码和数据码的乘积就是模二加。L1载波采用四相移相键控调制，L2载波采用二相移相键控调制。L1载波调制时，C/A码和D码进行模二加后调制L1同相分量，P码和D码进行模二加后调制L1正交分量，最后两者合成。可见，在L1的同相和正交分量上进行的都是二相移相键控调制。L2载波调制时，P码与D码进行模二加后调制L2载波。此过程的示意图如2.2所示。
图2.2 GPS卫星信号调制框图
卫星发射的L1信号结构为:
(2-1)
卫星发射的L2信号结构为:
(2-2)
在2-1,2-这面两个式子中， ， ， 分别表示信号不同分量的发射信号功率， ， ， 表示的是第i颗星的C/A码，P码和D码； ， 是L1、L2载波角频率； ， 是第i颗星L1、L2载波初相。
C/A码和P码都是取正负1的伪码序列，分别与D码模二加，其运算规则如下表2.1
表2.1 模二加运算逻辑表
输入 输出
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 0
GPS信号的特点：
（1）GPS信号的载波频率选用的是L频段的两个频率，分别是频率为1575.42M赫兹的L1载波和频率为1227.60H赫兹的L2载波，间隔为347.82m赫兹，大小等于L1频率的28.3%，足以利用这样的间隔估计电离层延迟。电离层延迟大致与频率的平方成反比，因此，通过在两个频率上的测量便可计算出电离层延迟，从而消除电离层延迟的影响。