发信人: kkk (不装饰你的梦), 信区: ECE
标  题: GPS风光无限(上)
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月23日13:24:01 星期五), 站内信件

GPS风光无限（胡启明）
    GPS（Globle Postioning System）全球定位系统是由美国首先提出并实施的一项高
科技信息工程，其初衰是为军队作战行动提供服务。随着社会发展和科学技术的进步，
GPS技术如今已广泛用于航天、航海、测量和勘察诸多领域，应用形式也变得多种多样，
人们称GPS是继计算机之后的又一场技术革命。现介绍采用伪码技术的GPS和GPS的用户设
备。
一、GPS采用伪码技术的优点
    GPS系统采用伪码扩频调制技术获得下述性能：
1、码分多址识别卫星
    GPS各卫星用相同的频率（ L1、L2）发射信号，这可使用户设备简单些。而用码分
多址方式给县卫星指配不同结构的C／A码和P码，能解决卫星识别问题。
2、抗干扰性能强
    用户设备用相关接收技术，把接收的宽带信号恢复为原窄带信号，使能量集中。把
干扰和噪声变为宽带信号，使能量“分散”，由窄带滤波器保留有用信号，滤去干扰，
提高了抗干扰能力。
3、保密性好
    导航信号经伪码扩频，单位频带内信号功率下降，减小了信号被检测的可能性。要
解出原来的信号则更困难，必须在用户设备中产生同样结构的伪码，才能进行相关接收。
由于P码种类极多，若不是事先约定采用那种结构的P码，而从所有可能的P码中逐个去试
探，进行相关接收是很难实现的，可见P码的保密性好。
    4、测时和测距精度高
    卫星发送的码被用户设备的本地码捕获跟踪后，测得信号传输时间并求出相应卫星
和用户设备之间的伪距离。现可知道P码的速率为10. 23兆比特／秒，码元宽度约为29.3
米，假定码环跟踪精度为码宽的1／10，那么P码的测距误差仅为2.9米。C／A码的测距误
差比P码大10倍。
          二．用户设备
    用户设备种类较多，按用途的不同可分为导航定位型、测量型和授时型三大类；按
适应用户的动态的不同，可分为高动态、中动态和低动态三类；按接收机通道数的不同，
可分为单通道、双通道和多通道三类；按使用信号的不同，可分为单频C／A码、双频P码
和无码三类。还有其他一些分类方法。
    1、用户设备的组成及其特点
    用户设备由天线、接收机、信息处理机、终端显示器四大部分组成。
    在大多数情况下，天线工作在GPS系统规定的一个或两个频率上，提供从天顶到地平
线方向接近各向同性的天线增益。由于卫星发射的是圆极化信号，因而可以采用锥形螺
旋式天线或类似的改进型天线。凡要求使用高性能天线的地方，尤其是接近干扰源的地
方，可以采用波束可控的相控阵天线或自适应天线。接收机用来同时地或时序地接收四
颗卫星发送伯导航信息，完成信号的捕获和跟踪，实现数据恢复，测量伪距离和伪距离
变化率。信息处理机的主要任务是按所要求的坐标系计算出位置和速度，同时完成对接
攸机的控制、卫星和信号的选择，对含有传播效应测量结果的修正，以及通过输入——
输出设备与其它系统及操作人员保持信息联系等。终端显示用于显示用户的三维位置、
速度和时间数据。
    接收机按使用要求（定位精度、用户运动速度和抗干扰能力）的不同分为三类。
    第一类接收机叫“X”型接收机，通常由5个或更多信道组成，每个信道专门接受一
颗卫星的导航信息，能满足运动速度快且要求定位精度高、抗干扰能力强等用户的需要。
这类接收机适用于高速飞行体，如宇宙飞船、导弹、火箭等的定位和导航。
    第二类接收机叫“Y”型接收机，通常由一个信号信道组成，能迅速地（每4毫秒速
度内）按序列接收5颗卫星的信息，能满足运动速度较低但要求定位精度较高和抗干扰
能力较强的用户需要。它比“X”型接收机简单一些，适用于军用飞机等。
    第三类接收机叫“E”型接收机，由一个或两个信道组成，顺序地接收多颗卫星的
信息，其传输速率比较低，通常它适用于那些定位精度要求不高的低速运动用户。因为
这种接收机仅能顺序跟踪4颗卫星，仅接收信号中的粗测码（C／A码），故这种接收机
更为简单，价格成本也比较低。
    上述各类接收机的共同特点是：
    ①接收机必须能够接收弱信号。导航卫星星上功率受到严格限制，卫星离用户又很
远，所以进入接收机天线输入端的功率非常低，约为-154——-163分贝瓦。要接收如此
微弱的信号，必须要采用一些有效措施。因此要求：
    接收天线的增益要高。对于高性能接收机，要采用比较复杂的相控阵天线；对于一
般接收机，采用一种简单的圆锥螺旋型全向增益天线即可。
    前置放大器的噪声要低。应当采用低噪声放大器。
    要采用相关接收技术。为了要从噪声中提取信号，必须采用相关接收技术，即用户
接收机要产生一个本地码，通过与卫星码同步及相关积累处理，进行跟踪。只有在有效
跟踪情况下，才能保证有效接收。
    ②、必须采用微处理机。对接收的领事需要处理，其中轨道参量、卫星位置、定位
计算和坐标变换等都要经过复杂计算，因此接收机要采用微处理机或微计算机。 

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