导航与定位技术(李晋)遥测遥控

《导航与定位技术(李晋)遥测遥控》由会员分享，可在线阅读，更多相关《导航与定位技术(李晋)遥测遥控（37页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、GPS与 GIS技 术 (6)电 子 工 程 学 院 2 第 七 章 GPS信 号 捕 获 与 跟 踪 主 要 内 容7.1 GPS信 号 的 组 成7.2 GPS信 号 捕 获 的 两 个 参 数7.3 捕 获 原 理 及 步 骤7.4 GPS信 号 的 跟 踪7.5 载 频 跟 踪7.6 码 跟 踪 3 信 号 捕 获 和 跟 踪 在 接 收 机 中 的 位 置接 收 机通 道Receiverchannel接 收 机通 道接 收 机通 道接 收 机通 道接 收 机通 道接 收 机通 道射 频前 端 A/D转 换 器 捕 获 接 收 机通 道 用 户 位 置计 算 码跟 踪 载 频跟 踪 数

2、 据 位同 步 解 码导 航 数 据 读 取卫 星 位 置 计 算伪 距接 收 机 通 道 4 7.1 GPS信 号 的 组 成u导 航 数 据u伪 随 机 码u载 波 0( ) 2 ( ) ( )cos(2 )cs t PD t C t f t 5 7.1 GPS信 号 的 组 成u导 航 数 据 是 卫 星 以 二 进 制 码 的 形 式 发 送 给 用 户 的 导 航 定位 数 据 ， 是 用 户 用 来 定 位 和 导 航 的 数 据 基 础 。主 要 包 括 ： 卫 星 星 历 ， 时 钟 更 正 ， 电 离 层 时 延 更正 ， 工 作 状 态 信 息 ， C/A码 转 换 到 P

3、码 的 信 息 ，全 部 卫 星 的 概 略 星 历 6 7.1 GPS信 号 的 组 成u 伪 随 机 码 的 参 数 及 作 用1. 码 长 是 1023 码 片2. 时 长 是 1ms3. 码 率 是 1.023Mcps4. 有 32组 伪 随 机 码 被 分 配 到 GPS 卫 星 上5. 用 以 对 卫 星 进 行 编 号6. 接 收 机 用 以 区 分 来 自 不 同 卫 星 的 信 号 7 7.1 GPS信 号 的 组 成u载 波载 波 是 指 被 调 制 以 传 输 信 号 的 波 形 ， 一 般 为 正 弦 波 。 GPS信 号 中 有 2个 载 波 ： L1和 L2L1载

4、波 ：L2载 波 ： 1 1575.42Lf MHz2 1227.6Lf MHz 8 7.1 GPS信 号 的 组 成u载 波L1载 波 上 有 C/A码 和 P码 ；L2载 波 上 只 有 P码 。对 GPS信 号 的 接 收 首 先 需 要 完 成 对 C/A码 的 捕 获 ， 然后 再 通 过 C/A码 实 现 对 P码 的 捕 获 ， 因 此 C/A码 的 捕获 是 根 本 ， 也 是 这 里 讨 论 的 对 象 。 9 7.1 GPS信 号 的 组 成载 波导 航数 据加 载 数 据的 载 波 20ms1ms1 data bit 10 7.1 GPS信 号 的 组 成加 载 数 据的

5、 载 波生 成信 号PRN码 11 两 个 重 要 参 数 ：u多 普 勒 频 移u伪 随 机 (PRN)码 的 起 始 位 置7.2 GPS信 号 捕 获 的 两 个 参 数df 0( ) 2 ( ) ( )cos(2 ( ) )s c ds t PD t C t t f f t st这 个 两 个 不 确 定 参 数 是 怎 样 产 生 的 ？ 12 7.2 GPS信 号 捕 获 的 两 个 参 数由 卫 星 造 成 的 多 普 勒 频 移在 卫 星 可 能 引 起 多 普 勒 效 应 的 方 向 上 的 最 大 速 度 是C/A信 号 的 载 频 是 ： ；所 以 卫 星 运 动 造 成

6、 的 最 大 多 普 勒 频 是 ： m ax 929dv m s 1575.42CAf MHzm ax 81575.5 929 4.93 10CA ddr f vf kHzc 13 7.2 GPS信 号 捕 获 的 两 个 参 数由 GPS接 收 机 运 动 造 成 的 多 普 勒 频 移GPS接 收 机 (包 括 高 速 航 空 器 )可 能 的 产 生 多 普 勒 效 应 的速 度 是 ：C/A信 号 的 载 频 是 ： ；所 以 GPS接 收 机 运 动 造 成 的 最 大 多 普 勒 频 率 是 ：929 userv m s 1575.42CAf MHz 81575.5 929 4.

7、93 10CA userdr f vf kHzc 14 7.2 GPS信 号 捕 获 的 两 个 参 数 因 此 ， GPS信 号 需 要 搜 索 的 多 普 勒 频 移范 围 一 般 定 为 ： 10kHz 15 伪 随 机 (PRN)码 的 起 始 位 置 :起 始 位 置 ， 是 在 一 个 周 期 内 的 起 始 位 置 ，由 于 C/A码 中 的 伪 随 机 码 是 以 1ms为 周 期 的 ，因 此 ， 的 搜 索 范 围 是 1ms。7.2 GPS信 号 捕 获 的 两 个 参 数ststst 16 7.3 捕 获 原 理通 过 对 本 地 码 与 接 收 码 的 相 关 峰 值

8、 检 测 ，实 现 对 信 号 参 数 的 估 计 ( ) ( ) ( )cor t st lt 170 1 2 3 4 5 6 7 7.3 捕 获 原 理Incomingcode GeneratedcodeCorrelation起 始 位 置 估 计 18 7.3 捕 获 原 理 1 2 3 4 5 6 7 8Correlation 载 频 估 计 0( ) ( ) ( )cos(2 )s t d t c t f t 0( ) ( )cos(2 )s t c t f t卫 星 发 送 信 号 ：只 考 虑 1个 码 周 期 ：本 地 信 号 ：接 收 数 据 ： ( ) ( )cos(2 )

9、 cx t c t f t 0c df f f 0( ) ( )cos(2 )ll t c t t f t 其 中 ： 起 始 相 位 ， fd多 普 勒 频 移 df通 过 本 地 信 号 l(t)与 接 收 信 号 x(t)的 相 关性 的 实 现 对 信 号 的 捕 获 。当 t0与 ， fl与 fc最 接 近 时 ， 出 现 最 大 的相 关 峰 值 。 ( ) ( ) ( )cor x t l t df本 地 信 号 l(t)与 接 收 信 号 x(t) 相 关 ：转 换 成 频 域 表 示 ：( ) ( ) ( )COR f X f L f用 FFT提 高 运 算 速 度 ： (

10、) ( ) ( )FFT cor FFT x t FFT l t df步 骤 1:对 1ms的 接 收 信 号 x(n)做 FFT 得 到 X(k);步 骤 2:取 X(k)的 共 轭 ， 得 到 X(k)*;步 骤 3:在 10kH z的 范 围 内 产 生 21个 本 地 码 li(n), i=-10,10 ;步 骤 4:对 21个 本 地 码 做 FFT 得 到 Li(k);步 骤 5:将 X(k)*与 Li(k)相 乘 得 到 相 关 运 算 的 频 谱表 示 CORi(k);步 骤 6:对 CORi(k)做 逆 FFT， 等 到 相 关 值 ;步 骤 7:搜 索 cori(n)的 最

11、 大 值 ， 其 所 在 位 置 表 明PRN码 的 起 始 位 置 和 载 频 . 24 7.3 捕 获 原 理 *( ) ( ) ( ), 0,1si siR k X k L k k 4999 25 7.3 捕 获 原 理 26 7.3 捕 获 原 理相 关 结 果 ： u载 频 跟 踪u码 跟 踪7.4 GPS信 号 跟 踪 的 组 成两 个 部 分 ： GPS卫 星 信 号 是 动 态 变 化 的 ， 变 化 包 括 ：1.多 普 勒 效 应 引 起 载 波 频 率 发 生 动 态 偏 移 ；2.伪 随 机 码 的 起 始 时 间 回 随 着 卫 星 与 接 收 机间 距 离 的 变

12、化 而 变 化 。需 要 对 这 两 类 变 化 进 行 跟 踪 ， 因 此 需 要 有 两个 跟 踪 环7.4 GPS信 号 跟 踪 的 组 成GPS信 号 跟 踪 为 什 么 由 两 部 分 组 成 ： 29 7.4 GPS信 号 跟 踪 的 组 成 30 7.4 GPS信 号 跟 踪 的 组 成 GPS信 号 跟 踪 为 什 么 由 两 部 分 组 成 ：码 元 跟 踪 环 路 产 生 三 个 输 出 ：超 前 码 (Early)， 及 时 码 (Prompt)， 滞 后 码 (Late)其 中 ， 及 时 码 用 以 数 字 化 输 入 信 号 并 从 中 剥 离 PRN码 ， 那 么

13、 相 应 的 输 出 是 仅 含 有 导 航 电 文 引 起 相 位 偏 移 的 连 续 信 号 ， 这 个 信 号用 来 做 载 波 环 路 的 输 入 。载 波 环 路 的 输 出 ：是 频 率 为 输 入 信 号 载 波 频 率 的 连 续 信 号 。这 个 信 号 用 来 剥 离 输 入 信 号 中 的 载 波 ， 这 意 味 着 输 出 是 只 含 有伪 随 机 码 ， 不 含 有 载 波 ， 这 个 信 号 又 被 用 作 码 元 环 路 的 输 入 。 31 7.5 载 频 跟 踪 32 7.5 载 频 跟 踪u 目 的 ： 增 加 捕 获 得 到 的 载 频 精 度u 步 骤

14、1： 产 生 本 地 码 ；u 步 骤 2： 测 量 接 收 信 号 和 本 地 信 号 的 相 位 差 ；u 步 骤 3： 调 整 频 率 知 道 相 位 和 频 率 稳 定 输 入 信 号 本 振 比 相 器 环 路 滤 波 器PRN 码载 频 跟 踪 的 基 本 原 理 ：核 心 部 件 是 锁 相 环 33 7.6 码 元 跟 踪 34 7.6 码 元 跟 踪码 元 跟 踪 环 路 产 生 三 个 输 出 ：超 前 码 (Early)， 及 时 码 (Prompt)， 滞 后 码 (Late) 35 7.6 码 元 跟 踪EarlyPromptLate输 入 信 号 -1 -0.5 0 0.5 100.51相 关 值 码 片 延 迟 36 7.6 码 元 跟 踪 1023(1 ), 1023(1 ), 1023(1 )p l ey x y x d y x d 37 7.6 码 元 跟 踪将 延 迟 码 和 超 前 码 的 相 关 结 果 做 比 较 ， 判 断 是 否 位 移 本 地 码 ：如 果 ， 则 及 时 码 后 移 一 个 单 位 ；如 果 ， 则 及 时 码 位 置 不 变 ；如 果 ， 则 及 时 码 前 移 一 个 单 位 ； l ey yl ey yl ey y