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GPS卫星软件接收机算法研究(5)
实现实时导航和定位;GPS软件部分是指各种后处理软件包,其主要作用是对观
测数据进行精加工,以便获得精密定位结果。
根据GPS用户的要求不同,GPS接收机也有许多不同的类型,一般可分为导
航型、测量型和授时型。
2.2GPS信号的组成
GPS信号主要由三个部分构成:载波信号、导航电文(或称D码)和伪随机(PRN)
码(包括C/A码和P(Y)码)。
2.2.1载波
载波是一种能携带调制信号的高频振荡波,它的振幅、频率及相位都能随调
制信号的变化而变化。GPS卫星发送的GPS卫星信号采用L波段的两种不同频率的
电磁波作为载波,分别被称作L1的主频率和L2的次频率[8]
。这些载波频率由扩
频码(每一颗卫星均有专门的伪随机序列)和导航电文所调制。所有卫星均在这
两个相同的载波频率上发射,但由于伪随机码调制不同,因此无明显的相互干扰。
GPS使用L频段的两种载频为(其中f0是卫星信号发生器的基准频率):
L1载波:fL1=154×f0=1575.42MHz,波长λ1=19.032cm;
L2载波:fL2=120×f0=1227.6MHz,波长λ2=24.42cm。
选择L波段的好处是:
(1)减少拥挤,避免“撞车”。目前L波段的频率占用率低于其他波段,与
其他工作频率不易发生“撞车”现象,有利于全球性的导航定位测量。
(2)适应扩频,传送宽带信号。GPS卫星采用扩频技术发送卫星导航电文,
其频带高达20MHz左右,在占用率较低的L波段上,易于传送扩频后的宽带信号。
(3)大气衰减小,有利于研制用户设备。GPS卫星采用L波段,避开了大气的
谐振吸收,衰减较小,且电离层延迟的影响小,有利于用较
经济
的接收设备测量
GPS信号。而采用两个载频,目的在于测量出或消除掉由于电离层效应而引起的
延迟误差。
在一般的
通信
系统中,载波的作用是传送调制信号,而调制波到达接收机并
完成解调之后,载波就不再起作用。但在GPS系统中,载波除了传送测距码和导
航电文外,本身也作为一种测距信号来使用,如载波相位测量。此外,用户可通
过对载波的多普勒频移进行测量来精确确定自己的三文运动速度[9][10]
。另外,对于单频接收机,较高的载波频率有助于削弱电离层延迟[11][12]
。2.2.2导航电文
GPS卫星的导航电文[13]
是卫星以二进制码的形式发送给用户的导航定位数据,
故又称为数据码或D码,是用户用来定位和导航的数据基础。它主要包括:卫星
星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态信息及C/A码转换到捕获P码的信
息、全部卫星的概略星历。
导航电文的基本单位是一个主帧,每个主帧长度为1500bit,由5个子帧组
成。每个子帧分别含有10个字,每个字含30bit电文,故每一子帧共含300bit
电文。电文的传输速率是50b/s,所以播发一帧电文需要30s,而一子帧电文的
持续播发时间为6s。导航电文的组成格式如下图所示。
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