【正文】 一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點(diǎn)。如果當(dāng)碼值取 0 時，對應(yīng)的碼狀態(tài)取為 +1，而碼值取 1 時，對應(yīng)的碼狀態(tài)為 1，那么載波和相應(yīng)的碼狀態(tài)相乘后，便實(shí)現(xiàn)對載波的26 調(diào)制。 25 （ 2）擴(kuò)頻通信的另一個優(yōu)越性是其隱蔽性好。 （ 2）由于 P 碼的碼元寬度為 C/A 碼的 1/10，這時若取碼元的相關(guān)精度仍為碼元寬度的 1/10～ 1/100，則由此引起的距離誤差約為 ～ m，僅為 C/A 碼的 1/10。其碼速率均為 Mb/s， X2的碼長比 X1的多 37 個碼元。圖中未包括用于設(shè)定或讀出移位寄存器和計(jì)數(shù)器相位狀態(tài)所必須的控制。 表 C/A碼和 P 碼的碼相位分配和碼序列初始段 衛(wèi)星 PRN 號碼 C/A碼抽頭 選擇 C/A碼延時 /基碼 前 10 個 C/A 基碼（八進(jìn)制） P 碼延時 /基碼 前 12個 P基碼（八進(jìn)制） 1 2⊕ 6 5 1440 1 4444 2 3⊕ 7 6 1620 2 4000 3 4⊕ 8 7 1710 3 4222 4 5⊕ 9 8 1744 4 4333 5 1⊕ 9 17 1133 5 4377 6 2⊕ 10 18 1455 6 4355 7 1⊕ 8 139 1131 7 4344 8 2⊕ 9 140 1545 8 4355 9 3⊕ 10 141 1626 9 4344 10 2⊕ 3 251 1504 10 4340 11 3⊕ 4 252 1642 11 4342 12 5⊕ 6 254 1750 12 4343 13 6⊕ 7 255 1764 13 1343 14 7⊕ 8 256 1772 14 4343 15 8⊕ 9 257 1775 15 4343 16 9⊕ 10 258 1776 16 4343 17 1⊕ 4 469 1156 17 4343 18 2⊕ 5 470 1467 18 4343 19 3⊕ 6 471 1633 19 4343 20 4⊕ 7 472 1715 20 4343 19 21 5⊕ 8 473 1746 21 4343 22 6⊕ 9 474 1763 22 4343 23 1⊕ 3 509 1063 23 4343 24 4⊕ 6 512 1706 24 4343 25 5⊕ 7 513 1743 25 4343 26 6⊕ 8 514 1761 26 4343 27 7⊕ 9 515 1770 27 4343 28 8⊕ 10 516 1774 28 4343 29 1⊕ 6 859 1127 29 4343 30 2⊕ 7 860 1453 30 4343 31 3⊕ 8 861 1625 31 4343 32 4⊕ 9 862 1712 32 4343 33+ 5⊕ 10 863 1745 33 4343 34+ 4⊕ 9 950 1713 34 4343 35+ 5⊕ 10 947 1134 35 4343 36+ 2⊕ 8 948 1456 36 4343 37+ 4⊕ 10 950 1713 37 4343 C/A 碼的碼元寬度較大。 C/A 碼是周期為 1023（即 2101）個碼片的金碼，即一個 C/A 碼的長度為 1023 個碼片。 D3D4輸出脈沖的模二和仍為“ 0”，它依然被反饋到 D1 的輸入端，使 D1D2D3D4 的狀態(tài)分別為 ， D2 的 ―0‖狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 D3， D3D4輸出脈沖的模二和還為“ 0”， D1還處在“ 0”狀態(tài)， D1D2D3D4的狀態(tài)分別為 0001 狀態(tài)。 GPS 信號中使用了偽隨機(jī)碼編碼技術(shù)，識別和分離各顆衛(wèi)星信號，并提供無模糊度的測距數(shù)據(jù)。每 25 幀導(dǎo)航電文組成一個主幀。 GPS 中的測距 碼 也就是 偽隨機(jī)噪聲碼 ， 簡稱 PRN 碼，是一個具有一定周期的取值0 和 1 的離散符號串。因此，載波可以視為 GPS 衛(wèi)星信號中的最底層。 GPS 衛(wèi)星信號是目前常用的兩種衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號之一，它包含 有三種分量，即載波（ L1 和 L2）、測距碼（ C/A 碼和 P 碼）和數(shù)據(jù)碼（ D 碼，亦稱基帶信號或?qū)Ш诫娢模? 4 2 GPS 信號理論及 MATLAB 軟件簡介 GPS 系統(tǒng)簡介 1973 年 12 月，美國國防部批準(zhǔn)它的陸?？杖娐?lián)合研制一種新的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) — navigation by satellite timing and ranging (NAVSTAR) global positioning system(GPS),我們稱之為 GPS 衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)，簡稱 GPS 系統(tǒng)。 GPS 中的偽碼包括 C/A 碼和 P碼，偽碼的產(chǎn)生以 m序列為基礎(chǔ)，本文先詳細(xì)介紹 m 序列的產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上在研究C/A 碼和 P 碼。 在定位導(dǎo)航方面， GPS 的使用對象主要是汽車、船舶和飛機(jī)等運(yùn)動物體。在 m 序列的基礎(chǔ)上， 再 對 C/A 碼 的 生成 原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹 。 MATLAB simulation。據(jù)估計(jì)，到 2020 年 GPS 芯片的全球市場值將達(dá) 50 億美元。本文從 m 序列出發(fā)研究了隨機(jī)序列的相關(guān)性原理，并由 MATLAB 軟件對C/A 碼和 P 碼的相關(guān)特性進(jìn)行了很好的仿真。每顆 GPS 工作衛(wèi)星每天約有 5 個小時在地平線以上，同時位于地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目最少為 4 顆，最多可達(dá) 11 顆。換言之， D 碼的速率 fd=50Hz。所有衛(wèi)星均在這兩個相同的載波頻率上發(fā)射，但由于偽隨機(jī)碼調(diào)制不同，因此無明顯的相互干擾。只有理解了偽碼的特性和功能，我們才有可能真正懂得 GPS。第 3 子幀播放該衛(wèi)星的廣播星歷及衛(wèi)星時鐘的修正參數(shù)。 如圖 所示表示一個四級最長線性移位寄存器，或曰四級 m 序列。 m 序列的特性 狀態(tài)編號 各 觸發(fā)器狀態(tài) 反饋 {Xf}=D3⊕ D4 輸出 {X0}=D4 D1 D2 D3 D4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 15 一個 n 級 m 序列 x(t)屬于線性偽隨機(jī)碼，它具有許多特性，其中包括以下幾點(diǎn)： （ 1） m序列的周期 N 等于 2n1 碼片，即 N=2n1 （ ） 與此相對應(yīng)，這時 m序列的最大周期為： T=(2n1)Tc= N Tc （ ） 于是我們通常該 m序列碼的長度為 Nu 碼片，或者說一碼相當(dāng)于 N 碼片。再將其與 G1(t)進(jìn)行模二相加，將可能產(chǎn)生 1023 種不同結(jié)構(gòu)的 C/A 碼。tu=1 ms；數(shù)碼率為 Mb/s。 P 碼的設(shè)計(jì)規(guī)范要求 4 個移位寄存器每一個都有一組反饋抽頭，這些抽頭用異或電路合并在一起，并反饋到各個寄存器的輸入級。當(dāng) X1A 循環(huán)了 3750 個這種循環(huán)或者說 15345000（ 37504092）個基碼時，產(chǎn)生 1 個 秒的 X1 歷元。 GPS 從根本上講是一個基于碼分多址（ CDMA） 的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。由于擴(kuò)頻通信中存在擴(kuò)頻碼序列的擴(kuò)頻調(diào)制，利用不同碼型的擴(kuò)頻碼序列之間優(yōu)越的自相關(guān)性和互相關(guān)性，對不同的用戶分配不同的碼型，使多個用戶公用一個寬頻帶，提高了系統(tǒng)的容量。這些運(yùn)算一般來說都難以用手工精確、快捷地完成，而通常是借助特定的計(jì)算機(jī)程序來完成相應(yīng)的計(jì)算功能，目前流行的編程語言有 Basic、 Fortran 和 C 語言等。由于 MATLAB是用 C語言編寫的， MATLAB提供了和 C語言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用 MATLAB的運(yùn)算符將使程序變得極為簡短，具體運(yùn)算符見附表。一類是數(shù)值計(jì)算型軟件，如 MATLAB、 Xmath、 Gauss 等，這類軟件長于數(shù)值計(jì)算，對處理大批數(shù)據(jù)效率高；另一類是數(shù)學(xué)分析型軟件，如 Mathematica、 Maple 等，這類軟件以符號計(jì)算見長，能 給出解析解和任意精度解，其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時效率較低。 由于數(shù)據(jù)碼的碼率為 50bps，碼片寬度為 20ms。 從 上 式中可以看出：在信噪比很小的條件下，可以用增加帶寬的辦法來提高系統(tǒng)的抗干擾性能，以保證信道容量不變。如 C/A 碼的情況一樣，頭 32 個 PRN 序列保留作空間區(qū)段用，而第33 到 37 號 PRN 保留作其他用途。在每個 X1A 時元的末尾， X1A 移位寄存器也復(fù)位到其初始狀態(tài)，在每個 X1B 時元的末尾， X1B 移位寄存器復(fù)位到其初始狀態(tài)。 由于其精度較低，所以稱 C/A 碼為粗捕獲碼。由于 C/A 碼長很短，只有 1023 比特，易于捕獲。 m 序列具有良好的自相關(guān)性， 只有在碼相位無偏移（即碼片完全對齊）時，自相關(guān)函數(shù)值為 1，在其它有相位偏移處函數(shù)值接近于 0。 當(dāng)移位寄存器開始工作時，置“ 1‖脈沖使各級存儲單元處于全“ 1‖狀態(tài) 。 偽碼 m 序列 m 序列的生成 碼分多址系統(tǒng)需要具有良好自相關(guān)特性的二進(jìn)制數(shù)序列作為碼，即要求碼與其本身的平移正交。 GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是用戶用來定位和導(dǎo)航的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為了有效地利用頻譜資源和減少無線電波之間的相互干擾，國際上和各國均設(shè)立了相應(yīng)的組織、機(jī)構(gòu)來管理頻譜資源的分配和使用。它們的頻率不僅與基準(zhǔn)頻率有一定的比例關(guān)系，而且相互之間也存在一定的比例關(guān)系，詳細(xì)如表 41 所示。 注入站有三個，分別設(shè)在阿松森群島（ Ascencion）、迭戈加西亞（ Diego Garcia）、卡瓦加蘭（ Kwajalein），注入站的主要任務(wù)是在主控站的控制下將主控站計(jì)算和編制出的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時鐘的改正參數(shù)、導(dǎo)航電文和其他控制指令等注入到相應(yīng)的衛(wèi)星存儲系統(tǒng)中去。而 P 碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜、周期長且碼速率快，對其直接捕獲困難，但定位精度高。這也就意味著各家公司都存在著較大的發(fā)展和競爭空間。 隨著人類科學(xué)技術(shù)水平的提高， GPS獲得了很大的發(fā)展。I 《 基于 MATLAB 的 GPS 信號仿真 》 II 摘 要 全球定位定位系統(tǒng)（ GPS）是新一代的精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，近年來在民用和軍用領(lǐng)域發(fā)揮著精確制導(dǎo)的作用。但是， 對 GPS試驗(yàn)衛(wèi)星的應(yīng)用開發(fā)表明， GPS系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到上述目的，而且用 GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號（ 簡稱為 GPS信號）能夠進(jìn)行厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)定位，米級甚至亞米級精度的動態(tài)定位 ，亞米級甚至厘米級精度的速度測量和毫微秒級精度的時間測量，因此， GPS系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用情景。 目前在我國開展導(dǎo)航設(shè)備制造和運(yùn)營的公司雖然數(shù)量很多，但普遍規(guī)模較小，還沒有出現(xiàn)具有壟斷地位的公司。 GPS 系統(tǒng)用于定位 計(jì) 算的兩種偽碼 C/A碼和 P 碼中， C/A 碼由于其周期短，碼率低的特點(diǎn)而易于捕獲，但定位精度低。監(jiān)測站是在主控站直接 控制下的數(shù)據(jù)自動采集中心，其主要任務(wù)是接受衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。 L1 載波 △ ?=90o C/A碼 P 碼 L2 載波 衛(wèi)星時鐘 f= 調(diào)制 模二和 導(dǎo)航電文 模二和 調(diào)制 調(diào)制 信號 合成 信號 合成