—— GPS测量原理及应用复习-4 ——

以下总结均基于自己的理解，欢迎指出不到位和错误的理解。

第四章 卫星信号和导航电文

4.1 GPS卫星信号

$$GPS卫星信号\{\begin{array}{l}载波L1、L2（相当于运载工具）\\ 测距码（C/A码、P码）\\ 导航电文（数据码、D码）\end{array}$$

名词解释

名词	定义
码	表达信息的二进制数及其组合
码元	1位二进制（比特）
码长	一个码中二进制数的个数
数码率	每秒钟传播的码长的个数
码周期	传播一个二进制数所需要的时间。码周期=1/数码率
编码	规则组合二进制数

C/A码——粗码

目前只被调制在L1上

码长：1023位

周期：1ms

测距误差：3-30m

特点：

• 由于C/A码的码长较短，易于捕获，而通过捕获C/A码所得到的信息，又可以方便的捕获到P码，所以，通常称C/A码为捕获码。
• C/A码的码元宽度较大，测距误差可达 3~30m。由于其精度较低，所以，称C/A码为粗捕获码。

P码——精码

被分别调制在L1，L2上

码长：6.19*10¹² bit

周期：7天

测距误差：0.3-3m

特点：

• 码元宽度较小，精度较高，专为军用。目前，只有极少数高档次测地型接收机才能接收P(y)码，且价格昂贵。
• 由于C/A码单点定位较低，测量上采用非单点定位，即采用相对定位（差分定位）。

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4.2 GPS卫星的导航电文

载波

• L1：频率：154×f₀ = 1575.43MHz；波长：19.03cm
• L2：频率：120×f₀ = 1227.60MHz；波长：24.42cm

GPS信号间的关系

GPS信号的各分量均源于一个公共的10.23MHz的基准信号。且相互之间有一定的比例关系。

选择两个载波的原因

选择两个频率可以较好的消除信号的电离层折射延迟（电离层的折射延迟只与信号的频率有关）

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4.5 GPS接收机基本工作原理

接收机的分类：
按用途分类
导航型：主要用来确定船舶、车辆、飞机和导弹等运载体的实时位置和速度，主要用于导航。
测地型：可用于测量，配有比较完善的计算机软件，价格昂贵
授时型：主要用于天文台或地面监测站进行时间频标 的同步测定。
按载波频率分类
单频接收机：只能接收L1 载波信号，不能消除电离层影响。
双频接收机：同时接收L1、L2 载波信号
按通道数分类
多通道接收机：具有多个信号通道，且每个通道值连续跟踪一颗卫星信号
序贯通道接收机：只有一个通道，需在软件控制下按时序顺次对各颗卫星的信号进行跟踪测量
多路多用通道接收机：只有一两个通道，需在软件控制下按时序顺次对各颗卫星的信号进行跟踪测量
按工作原理分类
码相关型接收机：只能接收测距码（C/A 码、P 码）
平方型接收机：只能接收载波
混合型接收机：既能接收测距码，又能接收载波
干涉型接收机：采用干涉测量方法，测定两个测站间的距离

GPS接收机的组成及工作原理

组成
$$GPS接收机的组成\{\begin{array}{l}天线单元\\ 主机单元\\ 电源\end{array}信号处理部分\{\begin{array}{l}天线\\ 显示装置\\ 记录装置\\ 电池\end{array}$$
工作原理(要求看图描述)

• 天线将接收到的微弱的电磁波转换为相应的电流，前置放大器负责将电流放大。
• 放大后的信号仍然微弱，使用变换器，为使接收机通道得到稳定的高增益，并使L频段的射频信号变为低频信号。
• GPS信号通道作用有三：一、搜索卫星，牵引并跟踪卫星；二、对电文信号进行解扩，解调出电文信息（从卫星接收到的信号是扩频的调制信号，需要解扩，解调才能得到导航电文）；三、进行伪距测量、载波相位测量和多普勒频移测量。
• 存储器存储卫星星历，伪距测量值等信息。
• 显示器将导航信息或数字地图显示出来。