GPS卫星的信号结构

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GPS卫星信号结构

概述
GPS卫星信号的组成部分
载波（Carrier）
L1 L2 测距码（Ranging Code）
C/A码（目前只被调制在L1上） P(Y)码（被分别调制在L1和L2上） 卫星（导航）电文（Message）
GPS卫星信号的生成 关键设备 – 原子钟

GPS卫星的基准频率

由卫星上的原子钟直接产生 频率为10.23MHz 卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频

载波①

作用
搭载其它调制信号 测距 测定多普勒频移 类型
目前
L1 – 频率： 154?f0 = 1575.43MHz；波长：19.03cm L2 – 频率： 120?f0 = 1227.60MHz；波长：24.42cm 现代化后
增加L5 – 频率：115?f0 = 1176.45MHz；波长：25.48cm

载波②
特点
所选择的频率有利于测定多普勒频移 所选择的频率有利于减弱信号所受的电离层折射影响 选择两个频率可以较好地消除信号的电离层折射延迟（电离层折射延迟于信号的频率有关）

测距码①

作用
测距 性质
为伪随机噪声码（PRN － Pseudo Random Noise） 不同的码（包括未对齐的同一组码）间的相关系数为0或1/n（n为码元数） 对齐的同一组码间的相关系数为1
测距码②
类型
目前
C/A码（Coarse/Acquisition Code） – 粗码/捕获码；码率：1.023MHz；周期：1ms；1周期含码元数：1023；码元宽度：293.05m；仅被调制在L1上 P（Y）码（Precise Code） – 精码；码率：10.23MHz；周期：7天；1周期含码元数：6187104000000；码元宽度：29.30m；被调制在L1和L2上 现代化后
在L2上调制C/A码 在L1和L2增加调制M码
卫星（导航）电文①
作用：向用户提供卫星轨道参数、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息 基本结构

卫星（导航）电文②
基本内容

卫星（导航）电文③
遥测字（TLM – Telemetry Word）
每一子帧的第1个字 用作捕获导航电文的前导 交接字（HOW – Hand Over Word）
每一子帧的第2个字 主要内容：Z计数

卫星（导航）电文④
第一数据块
第1子帧的第3~10个字 内容：
WN – GPS周 L2所调制测距码标识符 – “10”表示C/A码，“01”表示P(Y)码 传输参数N – URA TGD – 信号在卫星内部的时延

星钟数据龄期AODC

星钟改正参数a0（钟偏），a1（钟速），a2（钟漂）


卫星（导航）电文⑤
第二数据块
第2、3子帧的第3~10个字 内容
该发送信号卫星的星历 － 广播星历 星历参数


卫星（导航）电文⑥
第三数据块
第4、5子帧的第3~10个字 内容：所有卫星历书（概略星历） 第三数据块的内容每12.5分钟重复一次
星历参数详解①

星历参数详解②

星历参数详解③


星历参数详解④

卫星信号的调制①

模二和
运算规则

二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则


卫星信号的调制②

卫星信号的调制③
GPS卫星信号的调制
示意图
卫星信号的调制原理


GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置①
计算思路
首先计算卫星在轨道平面坐标系下的坐标 然后将上述坐标分别绕X轴旋转-i角、绕Z轴旋转-?k角，求出卫星在地固系下的坐标

轨道参数

轨道平面坐标系

GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置③
计算过程
计算卫星运行的平均角速度
计算t时刻卫星的平近点角

计算偏近点角


GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置④
计算过程（续）
计算真近点角

计算升交距角（未经改正的）

计算卫星向径


GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置⑤
计算过程（续）
计算摄动改正项

进行摄动改正

计算卫星在轨道平面坐标系中的位置


GPS卫星位置的计算-根据广播星历计算卫星位置⑥
计算过程（续）
计算升交点经度

计算卫星在地固坐标系下的坐标


GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置

GPS卫星位置的计算-根据精密星历计算卫星位置