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。