GPS信号部分介绍

GPS的本质是一个基于码分多址（CDMA）的扩频（SS）通信系统。 本文将详细介绍GPS的信号部分。 GPS卫星发射的信号按照结构可以分为三个层次：载波、伪码和数据码。 在这三个层次中，伪码和数据码首先通过调制而依附到正弦波形式的载波上，然后卫星将调制后的载波信号播放出去。 因此，载波可以视为GPS卫星信号的底层。

每颗GPS卫星都使用多个L波段频率来发射载波无线电信号，载波的频率都属于特高频（UHF）波段，如图所示：

载波的类型有L1、L2以及后来新增的L5。 北斗系统、伽利略等系统的载波会有些许差异，这里着重介绍GPS系统。

載波	频率	波长
L1 系列	1575.43兆赫	19.03厘米
L2 （二层）	1227.60兆赫	24.42厘米
L5 系列	1176.45兆赫	25.48厘米

载波也就是我们常说的频段或频点，像我们在向客户推广GNSS芯片的过程中常提到的支持单频、双频等说法，实际上指的就是GNSS接收芯片是支持一个载波、两个载波还是多个载波。 接收机支持频段的数量会直接影响到GNSS接收机的定位性能、稳定性和抗干扰性能，频段越多，相应的价格也会更高，例如ST的STA8135就能支持到L1+L2+L5三频。 由于地球表面的电特性、地貌和电离层等因素对不同频率的电磁波有不同的影响，低频信号能沿着弯曲的地表以地波的形式传播很长的距离，但容易受到干扰，不适合数字通信。 高频信号以天波形式传播，但容易受到电离层反射的影响。 综合来说，频率过低（f<1GHz）电离层延迟严重，校正后的残余误差也较大; 频率过高，信号受到水汽吸收和氧气吸收共振影响严重，而L波段的信号则较为适中。 但这并不代表L波段是万能的，地面受到严重遮挡、反射以及电磁干扰，依然会影响GPS接收机的信号接收。

伪码是GPS信号结构中位于载波之上的第二个层次。 伪码就是伪随机噪声码（PRN），它是一种能预先确定的、有周期性的二进制序列，而且具有接近于二进位数随机序列的良好的自相关特性。 GPS系统使用的测距码也就是伪随机噪声码，是用于测量接收机到卫星距离的一种二进制码，另一个作用就是用来实现码分多址（GLONASS系统使用的是频分多址）。

数据码是GPS信号中的第三个层次，它是一列载有导航电文的二进制码。 数据码的码率是50bps，采用的是不归零制的二进制编码方式，产生主峰带宽约100Hz的数据脉冲信号。 导航电文中包含时间、卫星运行轨道、电离层延迟等用于定位的重要信息。 卫星将导航电文以帧与子帧的结构形式编排成数据流形式。 每颗卫星一帧接一帧地发送导航电文，而在发送每帧电文时，卫星又以一子帧接一子帧的形式进行。

每帧导航电文长1500位，计30秒，依次由5个子帧构成，每个子帧300位。 不同子帧内的数据块侧重于不同方面的导航信息，其中子帧1中的数据块通常被称为第一数据块，子帧2和子帧3合称为第二数据块，子帧4和子帧5合称为伪第三数据块。 第一数据块又称为时钟数据块，主要提供该卫星的时钟校正参数和健康状态等信息。 第二数据块提供卫星自身的星历参数，星历用来描述卫星在各个时刻的空间位置和运行速度。 第三数据块主要提供所有卫星的历书参数、电离层延迟校正参数、GPS时间与UTC之间的关系，以及卫星健康状况等数据信息。 与前两个数据块不同，第三数据块的内容并非接收机在实现定位前急需获得的。

欲知更多技术内容可前往大大通查看！