DZ192GPS的定位系統(tǒng)設(shè)計,dz192gps,定位,系統(tǒng),設(shè)計 1第一章 概論 .............................................................................................................................................................11.1 GPS 的發(fā)展史 ....................................................................................................................................................11.2 GPS 組成 ............................................................................................................................................................21.3 GPS 的特點 ........................................................................................................................................................41.4 GPS 政策及系統(tǒng)發(fā)展趨勢 ...............................................................................................................................41.5 課題介紹 ...........................................................................................................................................................5第二章 GPS 導(dǎo)航定位原理 ....................................................................................................................................12.1 地心地球固連(ECEF)坐標(biāo)系 ............................................................................................................................12.2 GPS 信號結(jié)構(gòu) ....................................................................................................................................................12.2.1 概述 ................................................................................................................................................................12.2.2 GPS 傳輸信號分類 ........................................................................................................................................22.2.3 最長線性移位寄存器-m 序列 ......................................................................................................................32.2.4 C/A 碼的產(chǎn)生 ................................................................................................................................................32.3 GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航電文 ........................................................................................................................................62.4 GPS 定位原理 ....................................................................................................................................................62.5 多普勒頻移 .......................................................................................................................................................82.6 GPS 信號的自相關(guān)性 ........................................................................................................................................8第三章 MATLAB 仿真工具 Simulink...............................................................................................................103.1 Simulink 簡介 .............................................................................................................................................103.2 創(chuàng)建仿真模型 ...............................................................................................................................................103.2.1 Simulink 的安裝 ........................................................................................................................................10圖 3.1 simulink 的安裝 ..........................................................................................................................................103.2.2 運行 Simulink............................................................................................................................................113.2.3 Simulink 簡單模型的建立 ........................................................................................................................112? 簡單模型的建立 ............................................................................................................................................11（1）建立模型窗口 ...............................................................................................................................................11（2）將功能模塊由模塊庫窗口復(fù)制到模型窗口 ...............................................................................................11（3）對模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型 ...........................................................................................11? 模型的特點 ....................................................................................................................................................11（1）在 SIMULINK 里提供了許多如 Scope 的接收器模塊，這使得用 SIMULNK 進(jìn)行仿真具有像做實驗一般的圖形化顯示效果。 .................................................................................................................................11（2）SIMULINK 的模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。 .........................................11（3）SIMULINK 提供了對子系統(tǒng)進(jìn)行封裝的功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對話框。.................................................................................................................................................................................113.2.4 模塊庫 .........................................................................................................................................................113.2.5 連線 .............................................................................................................................................................123.2.6 信號標(biāo)簽 .....................................................................................................................................................123.2.7 創(chuàng)建子系統(tǒng) .................................................................................................................................................123.2.8 保存及結(jié)束仿真 .........................................................................................................................................133.3 使用菜單命令進(jìn)行仿真 .................................................................................................................................133.3.1 Simulation.................................................................................................................................................133.3.2 用命令行進(jìn)行仿真 .....................................................................................................................................143.3.3 仿真結(jié)果分析 ...........................................................................................................................................143.4 S-function 的編寫 ......................................................................................................................................153.4.1 M 文件 S 函數(shù)的編程環(huán)境 ..........................................................................................................................15圖 3.2 M 文件編程環(huán)境 ......................................................................................................................................163.4.2 S-函數(shù)的基本概念 .....................................................................................................................................163.4.3 M 文件 S-函數(shù) .............................................................................................................................................17第四章 GPS L1 信號仿真 ......................................................................................................................................134.1 仿真的第一部分-擴頻 .....................................................................................................................................14.2 仿真的第二部分-調(diào)制 .....................................................................................................................................34.2.1 調(diào)制簡介 .......................................................................................................................................................34.2.2 調(diào)制的仿真實現(xiàn) ...........................................................................................................................................44.2.3 BPSK 子模塊 ..............................................................................................................................................64.2.4 10KHz 的多普勒頻移子模塊 ........................................................................................................................7圖 4.6 多普勒頻移子模塊 .......................................................................................................................................84.3 仿真的第三部分-自相關(guān)仿真 .........................................................................................................................94.3.1 第一部分 .......................................................................................................................................................94.3.2 第二部分 .....................................................................................................................................................10第五章 仿真結(jié)果及分析 .......................................................................................................................................105.1 L1 信號的數(shù)據(jù)流 ............................................................................................................................................115.2 載波的波形圖 ..................................................................................................................................................115.3 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流 .............................................................................................................................................125.4 L1 信號的 BPSK 數(shù)據(jù)流 ..................................................................................................................................135.5 L1 信號的波形圖 ............................................................................................................................................135.6 (+10KHz)的多普勒頻移 .................................................................................................................................145.7 L1 信號的頻譜 ................................................................................................................................................145.8 C/A 碼信號的自相關(guān)性 ..................................................................................................................................15結(jié)束語 .......................................................................................................................................................................1參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................................2致 謝 .........................................................................................................................................................................3附錄Ⅰ：英文文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................4Introduction to Serial Communication .................................................................................................................4Asynchronous and Synchronous Communication.................................................................................................44Duplex Communication ........................................................................................................................................5Flow Control Methods ..........................................................................................................................................5Asynchronous Serial Communication Protocol....................................................................................................6The RS-422 Serial Interface..................................................................................................................................8附錄Ⅱ：譯文 .........................................................................................................................................................11串行通信的介紹 .................................................................................................................................................11附錄Ⅲ：程序 .........................................................................................................................................................161第一章 概論1.1 GPS的發(fā)展史五十年代未，原蘇聯(lián)發(fā)射了人類的第一顆人造地球衛(wèi)星，美國科學(xué)家在對其的跟蹤研究中，發(fā)現(xiàn)了多普勒頻移現(xiàn)象，并利用該原理促成了多普勒衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)TRANsIT 的建成，在軍事和民用方面取得了極大的成功，是導(dǎo)航定位史上的一次飛躍，我國也曾引進(jìn)了多臺多普勒接收機，應(yīng)用于海島聯(lián)測、地球勘探等領(lǐng)域。但由于多普勒衛(wèi)星軌道高度低、信號載波頻率低，軌道精度難以提高，使得定位精度較低，以滿足大地測量或工程測量的要求，更不可能用于天文地球動力學(xué)研究。為了提高衛(wèi)星定位的精度，美國從 1973 年開始籌建全球定位系統(tǒng) GPS （Global Positioning System)。在經(jīng)過了方案論證、系統(tǒng)試驗階段后，于 1989 年開始發(fā)射正式工作衛(wèi)星，并于 1994年全部建成，投入使用。GPS 系統(tǒng)的空間部分由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成，均勻分布在 6 個軌道面上，地面高度為 20000 余公里，軌道傾角為 55 度，扁心率約為 0，周期約為 12 小時，衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為 1575.442 兆 赫茲（L1 波段）和 1227.6 兆赫茲（L2 波段） ，衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩(wěn)定性，在載波上調(diào) 制有表示衛(wèi)星位置 的廣播星歷，用于測距的 C/A 碼和 P 碼，以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范圍內(nèi)，向任意多用 戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實時的三維測速、三維定位和授時。GPS 實施計劃共分三個階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計階段。從 1973 年到 1979 年，共發(fā)射了 4 顆試驗衛(wèi)星，研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗階段。從 1979 年到 1984 年。又陸續(xù)發(fā)射了 7 顆試驗衛(wèi)星，這—階段稱之為 BlockI。與此同時，研制了各種用途的接收機，主要是導(dǎo)航型接收機，同時測地型接收機也相繼問世。試驗表明，GPS 的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。利用粗碼的定位精度幾乎提高了一個數(shù)量級，達(dá)到 14m。由此證明，GPS 計劃是成功的。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989 年 2 月 4 日第一顆 GPS 工作衛(wèi)早發(fā)射成功，宣告了 GPS 系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。這種工作衛(wèi)星稱為 BlockII 和 BlockIIA 衛(wèi)星。這兩組衛(wèi)星的差別是：BlockIIA 衛(wèi)星增強了軍事應(yīng)用功能，擴大了數(shù)據(jù)存儲容量； BlockII 衛(wèi)2星只能存儲供 14 天用的導(dǎo)航電文(每天更新三次)；BlockIIA 衛(wèi)星能存儲供 180 天用的導(dǎo)航電文， 確保在特殊情況下使用 GPS 衛(wèi)星。實用的 GPS 網(wǎng)即(21+3)GPS 星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。圖 1.1 示出星座的衛(wèi)星分布。 圖 1.1 GPS 星座的衛(wèi)星分布1.2 GPS組成GPS 系統(tǒng)包括三大部分：空間部分—GPS 衛(wèi)星星座；地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分—GPS 信號接收機。圖 1.2 GPS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31.GPS 衛(wèi)星星座GPS空間部分由24顆分布在6個等間隔軌道上的衛(wèi)星組成衛(wèi)星分布可保證全球任何地區(qū)任何時刻都不少于4顆衛(wèi)星供觀測24顆衛(wèi)星中3顆作為備份每個軌道平面上有4顆衛(wèi)星它們按與地球成55的相同方向運行空間間隔約為90這些衛(wèi)星工作在2種頻率下1575.42MHz和1227.6MHz 通過測量這些衛(wèi)星到達(dá)的時間用戶可以用4 顆衛(wèi)星確定4個導(dǎo)航參數(shù)緯度經(jīng)度高度和時間每個GPS衛(wèi)星都對應(yīng)一組編號它們有多種編號一般采用PRN衛(wèi)星所采用的偽隨機噪聲碼編號GPS定位精度高低關(guān)鍵在于高穩(wěn)定度的頻率標(biāo)準(zhǔn)為此每顆GPS 衛(wèi)星都設(shè)有兩臺銣原子鐘和兩臺銫原子鐘2.地面監(jiān)控系統(tǒng)對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷—描述衛(wèi)星運動及其軌道的 的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)—GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站。3．GPS信號接收機用戶接收機通過接收多顆衛(wèi)星的信號來解算出自身的位置以實現(xiàn)定位和導(dǎo)航GPS接收機按使用環(huán)境可分為中低動態(tài)接收機和高動態(tài)接收機按所收信號可分為單頻C/A碼接收機和雙頻P 碼和Y 碼接收機GPS接收機可以捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號并跟蹤這些衛(wèi)星的運行對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換放大和處理以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文實時地計算出測站的三維位置甚至三維速度和時間41.3 GPS的特點GPS 系統(tǒng)最基本的特點是以“多星、高軌、高頻、測時---測距”為體制，以高精度的原子鐘為核心，由此產(chǎn)生下列主要特點。1．全球覆蓋連續(xù)導(dǎo)航定位由于 GPS 有 24 顆衛(wèi)星，且分布合理，軌道高達(dá) 20200km，所以在地球上和近地空間上任何一點，均可連續(xù)同步地觀測 4 顆以上衛(wèi)星、實現(xiàn)全球、全天候連續(xù)導(dǎo)航定位。2．高精度三維定位GPS 能連續(xù)地為各類用戶提供三維位置、三維速度和精確時間信息。GPS 提供的測量信息多，既可通過偽碼測定偽距，又可測定載波多普勒頻移、載波相位。偽距觀測的單點實時定位精度，P 碼為 20m，C/A 碼為 40m；事后處理精度可達(dá)3～5m。載波相位測量，相對定位精度可達(dá) 10 ～ 10 。據(jù)報道，新的 GPS 接收機，6?7相對定位精度可高達(dá) 10 ，我國于 1991～1994 年布測完成的 GPS 一級網(wǎng)相對定位精8?度達(dá) 3×10 。8?3．實時導(dǎo)航定位利用 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航定位，1s( 秒)即可完成一次。這對高動態(tài)用戶尤為重要。4．被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ挥?GPS 導(dǎo)航定位時，用戶設(shè)備只需接收 GPS 信號就可進(jìn)行導(dǎo)航定位，而不需用戶發(fā)射任何信號。這種被動式導(dǎo)航定位不僅隱蔽性好，而且可容納無數(shù)多用戶5．抗于擾性能好、保密性強。GPS 采用數(shù)字通訊的特殊編碼技術(shù)，即偽噪聲碼技術(shù)。具有良好的抗干擾性和保密性。1.4 GPS 政策及系統(tǒng)發(fā)展趨勢雖然 GPS 系統(tǒng)具有以往導(dǎo)航定位系統(tǒng)不可比擬的許多優(yōu)點，但其所有權(quán)、控制權(quán)和運營權(quán)均屬于美國國防部。為了限制不同用戶對 GPS 的應(yīng)用，GPS 衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號含有兩種不同的測距碼，即所謂的 P 碼和 C/A 碼，因此 GPS 提供兩種定位服務(wù)，即精密定位服務(wù)（PPS ）和標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS ） 。 PPS 的主要對象是美國和盟軍的軍事5部門及其他特許部門，利用 P 碼定位，估計其單點實時定位精度約為 10m；SPS 的主要對象是廣大的民間用戶，只能采用調(diào)制在一種載波頻率上的 C/A 碼定位，且無法利用雙頻技術(shù)來消除電離層折射的影響，估計其單點定位精度約為 400m。但在 GPS 研制初始階段的多次試驗表明，實際定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)測值，利用 C/A 碼的定位精度可達(dá) 14m，利用 P 碼的定位精度可達(dá) 3m。這個出人意料的情況促使美國軍方認(rèn)真評估民間用戶及其他非特許軍事用戶使用 C/A 碼定位給美國帶來的可能影響。于是在 1983年 5 月根據(jù)里根總統(tǒng)的命令將 GPS 從單純軍用轉(zhuǎn)為軍民共用后又在 1984 年確立了保護美國國家安全的兩大政策，即防止敵對勢力對 P 碼信號進(jìn)行干擾的 AS（Anti-Spoofing）政策和降低 C/A 碼定位精度的 SA（Selective Availability）政策。在考慮限制 C/A 碼定位精度的 SA 政策初期，曾經(jīng)確定采用 C/A 碼的定位精度為 500m，后來考慮到民事用戶的實際需要，最后確定其定位精度為 100m，并從 1991 年 7 月 1 日開始對所有的在軌衛(wèi)星全部實施 SA 技術(shù)。采用 SA 技術(shù)后使 C/A 碼的實時定位精度大大降低，嚴(yán)重地影響了 GPS 系統(tǒng)定位服務(wù)的國際可接受性，許多潛在的民間用戶迫切要求改善定位精度。在此背景下，差分 GPS（DGPS）定位、載波相位等技術(shù)應(yīng)運而生并飛速發(fā)展。與此同時，GPS 平行系統(tǒng)的出現(xiàn)，如前蘇聯(lián)的 GLONASS 系統(tǒng)，使美國政府感到了壓力，為了加強 GPS 的世界領(lǐng)導(dǎo)地位，美國政府醞釀了 GPS 現(xiàn)代化計劃，基本方針是在強化軍用 PPS 服務(wù)的同時改善民間 SPS 服務(wù)，努力擴大民用市場。SPS 服務(wù)的改善主要有三個途徑：①發(fā)展利用差分定位原理的廣域增強系統(tǒng)（WAAS）和本地增強系統(tǒng)（LAAS） ；②4～10 年內(nèi)取消 SA 政策，恢復(fù)精度；③增發(fā)第二民用頻率，解決電離層延遲誤差對系統(tǒng)定位精度的影響。綜上所述，美國的 GPS 政策具有雙重性，既要鼓勵國際應(yīng)用，又不能失去軍事優(yōu)勢。我們可充分利用這一特點，結(jié)合實際合理利用 GPS 這一國際共享的信息資源為我國的經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)1.5 課題介紹本課題是基于 MATLAB 的 GPS 信號 C/A 碼的仿真，對 C/A 碼從基礎(chǔ)理論到仿真都作了詳細(xì)的介紹。具體的說，本文第一章簡要介紹 GPS 的特點以及發(fā)展史；第二章主要6介紹 GPS 導(dǎo)航定位原理、信號的多普勒頻移和 C/A 碼的自相關(guān)性；第三章主要介紹了仿真軟件 MATLAB/SIMULINK 的特點和使用方法，以及怎樣使用 SIMULINK 進(jìn)行通信仿真；第四章詳細(xì)介紹了 GPS L1 信號的仿真實現(xiàn)，講述擴頻后 C/A 碼的 BPSK 調(diào)制、多普勒頻移以及 C/A 碼的自相關(guān)性質(zhì)。第五章主要介紹在 SIMULINK 環(huán)境下仿真結(jié)果的分析，詳細(xì)講解各種波形產(chǎn)生的機理以及特點的分析。最后提了本文所用到的參考文獻(xiàn)，附錄帶有本課題 MATLAB 軟件所用到的所有程序。1第二章 GPS導(dǎo)航定位原理 GPS 的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算求出接收機的三維位置，三維方向以及運行速度和時間信息。2.1地心地球固連(ECEF)坐標(biāo)系為了計算 GPS 接收機的位置，使用叫做地心地球固連（ECEF ）坐標(biāo)的隨地球而旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系更為方便。在這一坐標(biāo)系中，更容易計算出接收機的緯度、經(jīng)度和高度參數(shù)，并將其顯示出來。坐標(biāo)系的具體描述為：ECEF 坐標(biāo)系其 XY 平面與地球赤道平面重合。X 軸指向 0 經(jīng)度方向，而 Y 軸指向東經(jīng) 90 方向。因此 X 和 Y 軸隨著地球一起?旋轉(zhuǎn)，在慣性空間中不再描述固定的方向。在這種 ECEF 系中，將 Z 軸選擇為與赤道平面正交而指向地理北極（亦即經(jīng)線在北半球上匯聚處） ，這樣便形成了右手坐標(biāo)系。2.2 GPS信號結(jié)構(gòu)2.2.1概述GPS 衛(wèi)星信號包含有三種信號分量：載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼。時鐘頻率選用10.23MHZ，利用頻率綜合器產(chǎn)生所需要的頻率。GPS 信號的產(chǎn)生如圖 2.1.2圖 2.1 GPS 信號的產(chǎn)生GPS 使用 L 波段，配有兩種載頻：L1 載波： ＝154× ＝1575．42MHZ，波長 ＝19．03cm，1lf0f 1?L2 載波： ＝120× ＝1227．6MHZ，波長 ＝24．42cm。2l 2兩載頻之間隔為 347．82MHZ，等于 L2 的 28.3％。所以選擇這兩個載頻，目的在于測量出或消除由于電離層效應(yīng)而引起的延遲誤差。數(shù)據(jù)流和兩種偽隨機碼分別以同相和正交的方式調(diào)制在 L1 的載波上，信號結(jié)構(gòu)為：(t)= Pi (t) (t)cos(ω L1t+ )+ (t) (t)sin(ω L2t+ )…2.1SL1AD1?t1ACG1D?t1在 L2 載頻上，只有 P 碼進(jìn)行雙向調(diào)制，其信號結(jié)構(gòu)為：SL2(t)=B p Pi (t) (t)cos(ω L2t+ )…………………………………...…2.21t1式中， ， 為載波 L1 的振幅；B p 為載波 L2 的振幅；P i (t)， (t) ， (t)C 1D1分別為 GPS 衛(wèi)星的 P 碼，C/A 碼和 D 碼； 為載波 L1 的角頻率；ω L2 為載波 L2?1L的角頻率； 為第 I 顆 GPS 衛(wèi)星的載波 L1 的初相。?t12.2.2 GPS傳輸信號分類被傳輸?shù)男盘柊姆N不同的信息??第一種是頻率為10.23MHz 的軍用P 碼美國政府禁止把該碼提供給民用用戶P 碼接收機價格昂貴但有三個優(yōu)點1 它能利用另一個L 波段通道1227.6MHz 補償電離層折射誤差因為信號通過電離層折射變慢且這種變化是大氣環(huán)境及時間的函數(shù)若知道兩個頻率的延遲時間就能對電離層折射引起的誤差進(jìn)行修正。碼速高將使精度提高2 倍左右3 在噪聲環(huán)境中仍有良好性能適于軍用。??第二種是C/A 碼頻率為1.023MHz 用戶用該碼可以得到基本的定位信息。??第三種信息是一種調(diào)制在同一載波上的50 位/秒的低頻數(shù)據(jù)信號，利用此信息用戶可以計算出當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射用于測量距離的信號時衛(wèi)星所在的位置，每顆衛(wèi)星約每小時必須使該信息更新一次，獲取此信息需要30 秒到40 秒的時間。? 最后是載波相位信息，可以用來進(jìn)行精確的大地測量和其它測量應(yīng)用，利用載波頻率還可以獲得精確的速度信息。32.2.3 最長線性移位寄存器-m序列m 序列是由“多級反饋移位寄存器”裝置產(chǎn)生的。移位寄存器是由一組連接在一起的存儲單元(觸發(fā)器) 組成。每個存儲單元只有 0 或 1 兩種狀態(tài)。移位寄存器是在控制脈沖的作用下工作?？刂泼}沖有兩個：一個是置“1”脈沖。在它的作用下，使各級存儲單元的內(nèi)容全處于“1”的狀態(tài)，另一個是鐘脈沖。當(dāng)鐘脈沖到來時，每個存儲單元的內(nèi)容都順序地由一個單元移到下一個單元，而最后一個存儲單元的內(nèi)容便輸出。圖 2.2是一個 4 級反饋移位寄存器。它由 4 級觸發(fā)器 1．2．3．4 構(gòu)成。它取第 4 級和第 3 級的狀態(tài)經(jīng)模 2 加法器運算反饋至第 1 級。這樣在第 4 級的輸出端就得到一個 4 級 m 序列。圖 2.2 4 級線性反饋移位寄存器移位寄存器的狀態(tài)變化是：首先在置“1”脈沖作用下，移位寄存器各級均處于“1”的狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€鐘脈沖到來時，各級寄存器的狀態(tài)依次移位，而第 3、4 級的狀態(tài)經(jīng)模 2 加法運算而成為“0” ，它被反饋至第 1 級觸發(fā)器的輸入端．而使第 1 級處于“0”狀態(tài)。當(dāng)鐘脈沖依次到來，在鐘脈沖和反饋狀態(tài)作用下，移位寄存器輸出端的狀態(tài)依次變化。該序列具有周期性，一周期內(nèi)包含 15 個碼元，此為碼長。由于 4 級移位寄存器最多有 2 ＝16 種不同狀態(tài)，但其中全 0 狀態(tài)不允許出現(xiàn)，因為處于全 0 狀態(tài)，則輸出將4持續(xù)地為 0，因此，最多有 15 個狀態(tài)。以上序列是 4 級移位寄存器的最長線性移位寄存器序列，簡稱為 m 序列。m 序列的周期是最長的周期。2.2.4 C/A碼的產(chǎn)生 C／A 碼是用于跟蹤、鎖定和測量的偽隨機碼。它是由 m 序列優(yōu)選對組合形成的4Gold 碼。G 碼是由兩個長度相等而互相關(guān)極大值最小的 m 序列碼逐位進(jìn)行模 2 相加構(gòu)成的。改變產(chǎn)生它的兩個 m 序列的相對相位，就可以得到不同的碼。對于長度為 N=2-1 的 m 序列，每兩個碼可以產(chǎn)生 N 個 G 碼。G 碼最主要的優(yōu)點在于廣泛用于多址通n信。這是 GPS 采用 G 碼作為 C/A 碼的主要原因。C/A 碼的產(chǎn)生是由兩個 10 級反饋移位積存器構(gòu)成的 G 碼產(chǎn)生的( 圖 2.3) 兩個移位寄存器于每個星期日的零時，在置“1”脈沖作用下處于 1 狀態(tài)，同時在碼率1.023MHz 驅(qū)動下，兩個移位寄存器產(chǎn)生碼長 N=2 -1=1023，周期為 1ms 的兩個 m 序10列 G (t)和 G (t)。其中， G (t)經(jīng)過相位選樣器，輸入一個與 G (t)平移等價的 m 序列，122 2然后與 G (t)進(jìn)行模 2 相加，便得到 C/A 碼。C/A(t)= G (t) G (t+it ) ……………………………………(2.3)1?20相位選擇器可以區(qū)分不同的衛(wèi)星，其對照表如表 2.1。圖 2.3 C/A 碼產(chǎn)生原理圖表 2.1 C/A 碼分配表衛(wèi)星序號 相位選擇 前 10 位 C/A 碼1 2&6 11001000002 3&7 111001000053 4&8 11110010004 5&9 11111001005 1&9 10010110116 2&10 11001011017 1&8 10010110018 2&9 11001011009 3&10 111001011010 2&3 110100010011 3&4 111010001012 5&6 111110100013 6&7 111111010014 7&8 111111101015 8&9 111111110116 9&10 111111111017 1&4 100110111018 2&5 110011011119 3&6 111001101120 4&7 111100110121 5&8 111110011022 6&9 111111001123 1&3 100011001124 4&6 111100011025 5&7 111110001126 6&8 111111000127 7&9 111111100028 8&10 111111110029 1&6 100101011130 2&7 110010101131 3&8 1110010101632 4&9 11110010102.3 GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文導(dǎo)航電文是衛(wèi)星以二進(jìn)制碼的形式發(fā)送給用戶的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，它是個永不歸零的數(shù)據(jù)流。導(dǎo)航電文按幀向外播送，每幀長度為 1500bit，播送速度為 50bit/s，所以播送一幀電文歷時 30s。圖為導(dǎo)航電文的格式框圖。圖 2.4 導(dǎo)航電文格式其中，一個主幀有 5 個子幀組成，每個子幀分別含有 10 個字碼，每個字碼為30bit，故每個子幀含 300bit，持續(xù)播發(fā)時間為 6s。第 1，2，3 子幀每 30s（即一個子幀）重復(fù)一次，而為了記載多達(dá) 25 顆衛(wèi)星的星歷，第 4，5 子幀各含 25 頁，1，2，3 子幀和 4，5 子幀的每一頁構(gòu)成一幀電文，每 25 幀導(dǎo)航電文組成一個子幀。2.4 GPS定位原理1.GPS 利用到達(dá)時間（TOA）測距的原理以確定用戶的位置。這種原理需要測量7信號從位置已知的輻射源（例如霧號角，無線電信標(biāo)，衛(wèi)星）發(fā)出至到達(dá)用戶