【正文】 天體坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系，世界時(shí)系統(tǒng)，GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)以及GPS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)和開普勒定律的關(guān)系，C/A碼的產(chǎn)生以及相關(guān)知識(shí)，C/A碼起始點(diǎn)的精確性。 第七章 總結(jié)和展望本文課題是“基于METLAB的GPS全球定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方針”，通過一些參考書了解GPS的基本原理，系統(tǒng)以及對(duì)計(jì)算機(jī)語言MATLAB的初步掌握。 end  DataCode=［DataCode Table1(temp,:)］。  if(temp58) temp=temp96+10。 l=length(TotalStr)。TotalStr=［str1 str2 str3］。 1 1 1 1。 1 1 0 1。 1 0 1 1。 1 0 0 1。 0 1 1 1。 0 1 0 1。 0 0 1 1。  0 0 0 1。str3 = num2hex(z)。str1 = num2hex(x)。 y=y1。%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %子函數(shù)fGenerateNavigationDatafunction y=fGenerateNavigationData(x1,y1,z1)。ca(ind2)=zeros(1,length(ind2))。ind2=find(ca==1)。ca = ssca。reg(1) = save2。g2(i) = reg(Table1(svnum,1))*reg(Table1(svnum,2))。］。 1 3。 5 8。 3 6。 1 4。 8 9。 6 7。 3 4。 3 10。 1 8。 1 9。 4 8。Table1=［ 2 6。reg(1) = slave1。 slave1 = reg(3)*reg(10)。reg =1*ones(1,10)。862］。860。516。514。512。474。 ...472。470。258。256。254。140。18。8。6。%save GPSsignal 下面介紹兩個(gè)調(diào)用的子函數(shù)fGenerateCAcode3和fGenerateNavigationData。 for i=1:length(Code2) GPSsignal=［GPSsignal Code2(1,i)*SinWave］。GPSsignal=zeros(1,1)。%每位數(shù)據(jù)通過正弦波來調(diào)制 SinWave=sin(［0:2*pi/8:2*pi*7/8］)。%生成Code2for i=1:length(Code1) Code2=［Code2 Code1(1,i)*Temp］。Temp(index1)=ones(1,length(index1))。 %定義Code2的初值為0%將編號(hào)為SvNum的衛(wèi)星通過調(diào)用子函數(shù)fGenerateCAcode3生成C/A碼  %該子函數(shù)將在下面進(jìn)行介紹Temp=fGenerateCAcode3(SvNum)。SvNum=12。 %將產(chǎn)生的Code1中的0找出并轉(zhuǎn)換為1index1=find(Code1==0)。z1=。 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%x1=。若假設(shè)每個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)包含32位，而每個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)只包含5個(gè)C/A碼組， 每個(gè)C/A碼組僅包含10個(gè)載波，當(dāng)每個(gè)載波按8個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算時(shí)， 每個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的仿真數(shù)據(jù)為： 3251023108＝13 M可以看出數(shù)據(jù)量大大減少了。 圖61 衛(wèi)星數(shù)據(jù)GPSsignal 衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析假設(shè)每個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)包含32位，每個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)包含20個(gè)C/A碼組（1023位），每組C/A 碼的周期為1 ms， 載頻為154F（L1載波）和120F（L2載波）兩種，則每位包含1200或1540個(gè)載波。L2載波上的調(diào)制過程與L1載波大致相同， 不同的是L2載波可以用C/A(t)D(t)碼、P(t)D(t)碼或者P(Y)碼來調(diào)制。 第一級(jí)，用50 Hz的D碼調(diào)制一個(gè)偽噪聲碼， 在D碼調(diào)制偽噪聲碼以后，再用它們的組合碼去調(diào)制L波段的載波，實(shí)現(xiàn)D碼的第二級(jí)調(diào)制，而形成向廣大用戶發(fā)送的已調(diào)波。對(duì)于距離地面20 000 km之遙的GPS衛(wèi)星，擴(kuò)頻技術(shù)能有效地將很低碼率的導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶。 幾何定位及架構(gòu)GPS信號(hào)的調(diào)制波，是衛(wèi)星導(dǎo)航電文和偽隨機(jī)噪聲碼（PseudoRandom Noise Code，簡稱PRN碼，或稱偽噪聲碼）的組合碼。GPS信號(hào)是一種調(diào)制波，它不僅采用L波段的載波，而且采用擴(kuò)頻技術(shù)傳送衛(wèi)星導(dǎo)航電文。 (2） 適應(yīng)擴(kuò)頻，傳送寬帶信號(hào)。GPS使用L頻段的兩種載頻為（其中f0是衛(wèi)星信號(hào)發(fā)生器的基準(zhǔn)頻率）：  L1載波：fL1=154f0= MHz，波長λ1= cm； L2載波：fL2=120f0 =，波長λ2= cm。 6 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)定位 目的GPS衛(wèi)星發(fā)送的GPS衛(wèi)星信號(hào)采用L波段的兩種載頻作載波， 分別被稱作L1的主頻率和L2的次頻率。如果x100ns(d/2)或x100ns(d/2)， ，根據(jù)本地生成C/A碼向左或向右移動(dòng)輸入信號(hào)。這個(gè)方程可以由三組x和y值得到a, b, c值，即 其中其中X1表示矩陣X的逆矩陣。2d，得到兩個(gè)超前碼和滯后碼，最高值y與相鄰兩個(gè)值代入到下面這個(gè)方程中。 將即時(shí)碼前后移動(dòng)177。 為了使用曲線擬合，相關(guān)數(shù)據(jù)必須兩邊對(duì)稱；如果不是這樣， 擬合的結(jié)果就不正確。 在實(shí)際接收機(jī)中，由于存在帶寬限制，相關(guān)結(jié)果并非像圖6－10中那樣含有一個(gè)尖峰，而是如圖6－13那樣，其頂部由于帶寬的限制而圓滑得多?？紤]載波中10 kHz多普勒頻移，平移C/A碼半個(gè)采樣時(shí)間，即100 ns，近似需要16 ms。 這兩個(gè)r值（）可看做是門限值，意味著x100 ns或x100 ns，這兩種情況下，必須將輸入信號(hào)移動(dòng)一個(gè)采樣時(shí)間，以更好地對(duì)齊本地產(chǎn)生碼。所有的這三種碼， 即即時(shí)碼、超前碼和滯后碼都向左滑動(dòng)，等價(jià)于向右移動(dòng)輸入信號(hào)，移動(dòng)輸入信號(hào)之后，xd/4。這樣，必須將輸入信號(hào)移動(dòng)一個(gè)采樣時(shí)間，以更好地與C/A碼對(duì)齊，如圖6－12 所示。從試驗(yàn)結(jié)果可看出，只要捕獲跟蹤能找到一個(gè)信號(hào)，跟蹤過程就能毫無困難地跟蹤它。 在傳統(tǒng)跟蹤環(huán)路中，每毫秒都產(chǎn)生一次初始相位適當(dāng)調(diào)整過的C/A碼，因此，本地C/A碼比BASS方法能更好地輸入信號(hào)，且峰值略高。 因此，相關(guān)結(jié)果最壞的情況比理想情況低大約1 dB。在最壞的失匹情況下，如圖6－11最近的數(shù)字點(diǎn)離C/A碼的起始點(diǎn)100 ns，x=177。 yl與ye的比值可寫成: （6－45） 下面在最壞的失匹情況下計(jì)算yp值。 假定yp相距理想峰值xs，通過計(jì)算ye和yl計(jì)算出x值，它可能是正值， 也可能是負(fù)值。圖5－3給出了一個(gè)基波內(nèi)的C/A碼的相關(guān)示意圖圖5－3 不考慮多普勒效應(yīng)， ns（1000 μs/1023）長，三個(gè)相關(guān)值為：從C/A即時(shí)碼得到y(tǒng)p，從超前碼得到y(tǒng)e， 從滯后碼得到y(tǒng)l。圖5－2　衛(wèi)星17傳統(tǒng)跟蹤方法的輸出 跟蹤過程的高測時(shí)精度 通過理想相關(guān)輸出獲得高測時(shí)精度我們知道，C/A碼的相關(guān)峰值是1023，如果C/A碼偏移大于一個(gè)基碼，相關(guān)值有三個(gè)：63，1，65。因?yàn)镃/A碼是1 ms長，因此，環(huán)路要在每毫秒更新一次，C/A碼也必須每毫秒重新產(chǎn)生一次， 且新產(chǎn)生的C/A碼相位必須與前一時(shí)刻相位連續(xù)。 (4) 選擇碼元環(huán)路增益(k0k1)為50，載波環(huán)路增益為4π100，這個(gè)設(shè)置也是若干種設(shè)置中的一種，常量CC2可由上式求。 (2)抑制因子ζ=， 此值常被認(rèn)為是最理想值。 構(gòu)成這種二階鎖相環(huán)的傳遞函數(shù)： 其中，ωn表示固有頻率，ζ是抑制因子　　(1) 設(shè)置碼元環(huán)路和載波環(huán)路的帶寬與增益。產(chǎn)生的載波頻率同時(shí)用來從輸入信號(hào)中剝離載波。)。當(dāng)C/A碼從輸入信號(hào)中剝離后，載波頻率環(huán)路接收到的是一個(gè)相位只被導(dǎo)航電文調(diào)制的連續(xù)信號(hào)。 捕獲程序找到了C/A碼的起始點(diǎn)，碼元環(huán)路產(chǎn)生相位超前C/A碼近似1/2個(gè)基波，同時(shí)產(chǎn)生相位滯后近似1/2個(gè)基波的滯后碼。結(jié)果，就需要兩個(gè)環(huán)路來跟蹤GPS信號(hào)，一個(gè)用來跟蹤C(jī)/A碼，另一個(gè)用來跟蹤載波頻率。如以前提到的，GPS接收機(jī)和GPS衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)， 使得載波和碼元頻率會(huì)發(fā)生改變。在一臺(tái)GPS接收機(jī)中，輸入是GPS信號(hào)，接收機(jī)的鎖相環(huán)必須跟隨（或跟蹤）這個(gè)信號(hào)。所以， 跟蹤GPS信號(hào)需要兩個(gè)環(huán)路：一個(gè)用來跟蹤載波頻率，叫做載波環(huán)路；另一個(gè)用來跟蹤C(jī)/A碼，稱為碼元環(huán)路。當(dāng)一個(gè)GPS信號(hào)的載波中有C/A碼引起的相位鍵控時(shí)，如第2章所述，必須首先剝離C/A碼，然后跟蹤過程跟隨信號(hào)， 獲得導(dǎo)航電文的信息。 表41 波數(shù)解算舉例 5 GPS信號(hào)的跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化包含兩個(gè)含義：一是由于多普勒效應(yīng)會(huì)引起載波頻率發(fā)生動(dòng)態(tài)偏移；二是C/A碼的相位會(huì)隨著衛(wèi)星與接收機(jī)間距離的變化而改變。如此巨大的波數(shù)（如表41所示），是無法直接精確測定的，而需要用一定的方法求解這個(gè)未知數(shù)。而轉(zhuǎn)化到GPS時(shí)系的載波相位測量值為： （46） 式中：Nj——第j顆GPS衛(wèi)星發(fā)射載波至GPS信號(hào)接收機(jī)的滯后相位波數(shù)，也稱為整周模糊度或整周待定值（如圖53所示）； 　dt——第j顆GPS衛(wèi)星始終相對(duì)于GPS時(shí)系的偏差； 　dT——GPS信號(hào)接收機(jī)時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)系的偏差； 　　ΔTR——站星距離變化率。 考慮到式（42），則式（41）可寫作： （43） 從GPS衛(wèi)星到用戶的距離可知，Δt≈ s, 故有 （44）式（44）中的(dΦj)/(dt)是第j顆GPS衛(wèi)星的載波頻率（f）， 考慮到Δt=ρj(tS,tR)/C和式（44），則依式（43）可知，以周為單位的載波相位測量值是 （45） 式（45）是轉(zhuǎn)化為GPS信號(hào)接收機(jī)時(shí)系的載波相位測量數(shù)據(jù)的處理。各顆GPS衛(wèi)星在不同的時(shí)元向GPS用戶發(fā)送頻率相同的載波信號(hào)，而存在發(fā)射時(shí)元和接收時(shí)元的歸一化問題。載波相位測量值， 是基準(zhǔn)載波相位和被測載波相位之差，也就是 （41）式中：Φj(tS)——第j顆GPS衛(wèi)星在時(shí)元tS發(fā)射的載波相位；　　Φ(tR)——第j顆GPS衛(wèi)星在時(shí)元tR所產(chǎn)生的基準(zhǔn)載波相位。 GPS載波相位測量定位 GPS載波相位測量　　如果忽略某些附加之后相位，GPS信號(hào)接收機(jī)接收到的GPS信號(hào)可以表述為： 式中：，—— MHz載波L2的振幅； 　　 ——第j顆GPS衛(wèi)星的P碼； 　　 ——第j顆GPS衛(wèi)星的C/A碼； 　　——第j顆GPS衛(wèi)星的D碼，即衛(wèi)星導(dǎo)航電文； 　　 ——GPS信號(hào)從第j顆GPS衛(wèi)星到達(dá)GPS信號(hào)接收天線的傳播時(shí)間，其大小正比于接收機(jī)與衛(wèi)星瞬時(shí)距離的長短； 　　 ——第一載波L1的角頻率； ——第二載波L2的角頻率； ——第j顆GPS衛(wèi)星載波L1的初相；  ——第j顆GPS衛(wèi)星載波L2的初相；  　——第j顆GPS衛(wèi)星載波L1的多普勒角頻率；  　—