AT89C51单片机GPS定位定向系统设计(4)
图2.1.1 GPS卫星信号构成示意图
GPS卫星信号是用于导航定位的已调波，其载波处于L波段，其调制波是卫星电文和PRN码的组合码。GPS卫星发送的导航电文是一种不归零的二进制码组成的编码脉冲串，可以表述为数据码D(t)，其速率为50bps，换言之，D码的码率fd为50Hz。
根据信息论的香农(C.E.Shannon)定理，在高斯白噪声干扰条件下，通信系统容量为：
(2.1.1)
式中C为系统容量，B为通讯系统的频带宽度(Hz) ，S为信号的平均功率，N为噪声功率。
上式表明，当系统容量C一定时，增大频带宽度B，可以减小信噪比S/No。例如，在上述情况下，C=10.23Mbps，当信号功率S为噪声功率N的一倍半（常用S>N，甚至S>>N）时，通讯系统的带宽为：
(2.1.2)
如果信号功率仅为噪声功率的十分之一，即信号深深地淹没在噪声中，此时按式2.1.2计算得带宽为74.40MHz。由此可见，可以用增大系统带宽的办法降低系统所要求的信噪比，或者说用很小的发射功率，便可以实现遥远卫星通讯。这对于电能紧张的GPS卫星，是极为有益的，而且信号深埋在噪声中，不易被他人捕获，具有极好的保密性。
GPS卫星天线发射的信号，是将导航电文D(t)经过两级调制后的信号。第一级调制是将低频D(t)码分别调制高频C/A码和P码，实现对D(t)的伪随机码扩频。第二级调制是将一级调制的组合码再分别调制在两个载波频率（L1和L2）上。最后，卫星向地面发射两种已调波。
GPS卫星取L波段的两种电磁波如下：
L1载波 频率 ，波长 (2.1.3)
L2载波 频率 ，波长 (2.1.4)
在载波L1上调制了C/A码和P码，并且是采用正交调制方式进行调制的，这种调制称为BPSk调制；在载波L2上调制了C/A码。这里C/A吗和P码已实现了对数据D(t)的扩频。
若以SL1(t)和SL2(t)分别表示L1和L2载波的已调波，则经过二级调制后的GPS卫星发射信号，可以分别表示为：
上式中： 为调制在L1上的P码振幅； 为调制在L2上的P码振幅； 为第i颗卫星发射的P码； 为第i颗卫星发射的导航电文； 为调制于L1的C/A码振幅； 为第i颗卫星发射的C/A码； 为载波L1角频率； 为载波L2角频率； 为载波L1的初始相位； 为载波L2的初始相位。
GPS卫星信号构成的电路示意图如下所示，GPS卫星的各个信号分量都是由卫星原子振荡器的基准频率f0 =10.23MHz产生的，并且信号调制过程是通过一系列混频、模二求和并进行叠加实现。
模二加法器 调制器 信号合成器
图2.1.2 GPS卫星信号电路示意图
卫星信号的伪随机码是通过调相技术调制到载波上的。伪随机码的幅值只取0或1，并且约定，当码值为0时，码状态为+1；而码值为0时，码状态为-1。实现信号与载波信号的调制，只需要取码状态与载波相乘即可。当码状态取+1与载波相乘时，载波相位不变；当码状态取-1与载波相乘时，载波相位将改变180°。所以，当码值从0变为1，或者从1变为0时，都将会使载波相位改变180°。
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