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GPS卫星发射的信号从结构上可以分成载波、PRN码和数据码三个部分。 每个卫星上都安装有一个高精度的原子钟来提供时间基准,并且,各卫星之间的时钟是经过校准而且保持严格同步的。 原子钟产生10.23 MHz的基准频率,然后依此基准频率,分别产生L1和L2两个载波频率。 L1载波的波长为0.19m,L2载波的波长为0.24米。 两个频率上都调制有PRN码和数据码,其中,在L1载波上调制有C/A码和P(Y)码,分别调制在同向分量和正交分量上;L2载波上只调制了P(Y)码。信号的表达式为: 式中:PC,PY1,PY2分别是三个信号的平均功率;D是卫星播发的数据码,也就是导航电文;C表示C/A码,P表示P(Y)码;θL1和θL2分别是L1和L2载波的初始相位。 GPS系统是一个基于码分多址的系统,所有的卫星共用相同的频点,各卫星之间通过PRN码来进行区分,这就要求PRN码具有良好的自相关和互相关特性。PRN码在系统中又被用作测距码。 C/A码是一种周期为1023个码片的金码,调制在L1载波上,其产生原理如图13所示。在设计之初选择了37个PRN码,其中1~32号由卫星使用,33~37保留给地面使用。产生的C/A码如图所示。 C/A最重要的特性是其相关特性,包括自相关和互相关。高的自相关峰值可以用于确定C/A码的码相位,作为测距使用。低的互相关峰值可以保证不同卫星之间不会产生干扰。 产生1号卫星和2号卫星的C/A码,分别作自相关和互相关运算,结果如图15所示。从图中可以看出,C/A码的自相关函数有一个尖峰,表示当延迟为0时,C/A码完全对齐,相关值非常大,而延迟超过一个码片后,相关值迅速下降。 利用C/A码的强自相关特性有助于精确测量主峰的位置,确定C/A码的起始位置。而互相关函数则一直保持较低水平,说明不同卫星之间的C/A码没有相关性,不会互相影响。 P码是另一种PRN码,调制在L1和L2载波上,其产生原理如图16所示。P码的周期为7天,码率10.23MHz。在GPS系统中,使用的是加密后的P码,称为P(Y)码。 和C/A码类似,P码同样具有良好的自相关和互相关特性。 数据码是调制在载波上的导航电文,数据码的码率为50 bps,导航电文中包含有时间信息、卫星星历、历书数据等。载波、C/A码和数据码三者之间的长度关系如图所示。 原文始发于微信公众号(雷达通信电子战)
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