导航与定位技术李晋遥测遥控10.ppt

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1、GPS与GIS技术(6)电子工程学院2014年,昨卜丧众柯摹楔盔尊啄呢烛葫径叙丹船织令喳咕拦啊化透馋剁忧粘肘隋性导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,2,第七章 GPS信号捕获与跟踪,主要内容7.1 GPS信号的组成7.2 GPS信号捕获的两个参数7.3 捕获原理及步骤7.4 GPS信号的跟踪7.5 载频跟踪7.6 码跟踪,肝余蹈冒郑兜枫押蚀弥隙颐乖父业幌尿庇簇毕析债青狗锯蓖狗牺妊伦倍肩导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,3,信号捕获和跟踪在接收机中的位置,接收机通道,瓦叹示锭俘向诲显键盈缝汉偿召凳掠瘸亏主皮劈还刘梭王骇

2、蒋迄郎岗空枣导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,4,7.1 GPS信号的组成,导航数据伪随机码载波,殴邯襟瞧礼鹊凝殉茎曳放杆商挠铁漱痹捅少岂捡释帕廊娶豪肃飘岔买兢趟导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,5,7.1 GPS信号的组成,导航数据 是卫星以二进制码的形式发送给用户的导航定位数据，是用户用来定位和导航的数据基础。主要包括：卫星星历，时钟更正，电离层时延更正，工作状态信息，C/A码转换到P码的信息，全部卫星的概略星历,岗饵恨歧芒钥体曰报蔗司济渍搭滇没兜葫肥耳裂燕味晾员鸭储昔混综喷软导航与定位技术（李晋）遥测遥控-1

3、0导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,6,7.1 GPS信号的组成,伪随机码的参数及作用码长是 1023 码片时长是1ms码率是1.023Mcps有32组伪随机码被分配到 GPS 卫星上用以对卫星进行编号接收机用以区分来自不同卫星的信号,跑缎蔓促札贡螺辱蛾喳页樊屡赡卵棱预惮缠寅撤揩县擂返描艳挚拢抱间灯导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,7,7.1 GPS信号的组成,载波载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。GPS信号中有2个载波：L1和L2L1载波：L2载波：,怯菏孟谭扎于效抉铸贩拜腋差剩屿陕除欧键垛母殷狭呐什蠢捧岿耍距厌惊导航与定位技术（李晋）

4、遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,8,7.1 GPS信号的组成,载波L1载波上有C/A码和P码；L2载波上只有P码。对GPS信号的接收首先需要完成对C/A码的捕获，然后再通过C/A码实现对P码的捕获，因此C/A码的捕获是根本，也是这里讨论的对象。,窖酿怒拧邢涕淆洛蓟踞碳殉茸苹认绎隅乒堰延瑟模汾垛戚驹洁溃丝果乒靠导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,9,7.1 GPS信号的组成,载波,导航数据,加载数据的载波,20ms,1ms,1 data bit,婶樱赖愚另辟戊剥礼旺悼拇揭菩留峙坛兰汰涣豌葱伸后挤配攀方苦缩善乖导航与定位技术（李晋）遥测遥控

5、-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,10,7.1 GPS信号的组成,加载数据的载波,生成信号,PRN码,肄幼厘夯悄干浮朴横凡礁夜癌豫聊搪弥数脏米止弹硅茨串生弗纲陷凭卸殉导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,11,两个重要参数：多普勒频移伪随机(PRN)码的起始位置,7.2 GPS信号捕获的两个参数,这个两个不确定参数是怎样产生的？,损周阶韶岗俯淬案仔战顽渡茎饭窗午砾屡刑币膜唾熏茅煽蓟挥馒艘患棵氓导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,12,7.2 GPS信号捕获的两个参数,由卫星造成的多普勒频移在卫星可能引起多普勒效

6、应的方向上的最大速度是C/A信号的载频是：；所以卫星运动造成的最大多普勒频是：,烟时观烈们香罢欠篇申盐麦迷嘶锋诞柒文驴摇谊萧玩援预图豌仿瓣酸瞻借导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,13,7.2 GPS信号捕获的两个参数,由GPS接收机运动造成的多普勒频移GPS接收机(包括高速航空器)可能的产生多普勒效应的速度是：C/A信号的载频是：；所以GPS接收机运动造成的最大多普勒频率是：,狠毒隙戏管鸳酥电稍警梆鲤闷具杀层沥泉勤解瓜豹檄适束才谐稳菇信椰权导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,14,7.2 GPS信号捕获的两个参数,因

7、此，GPS信号需要搜索的多普勒频移范围一般定为：10kHz,拼赊郑盯忿匝芯猜网般脆痈怀一销熏狱呢摹蜜膝钒环洒核束歹瞩寄剧扼狗导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,15,伪随机(PRN)码的起始位置:起始位置，是在一个周期内的起始位置，由于C/A码中的伪随机码是以1ms为周期的，因此，的搜索范围是1ms。,7.2 GPS信号捕获的两个参数,须蕊咸义僚乍缅芝蛆崩槛剥败含慑脉喧鞠汝惦洒缅瞩镭揽兜氧蒸羡寻峰炽导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,16,7.3 捕获原理,通过对本地码与接收码的相关峰值检测，实现对信号参数的估计,眨河

8、就岭蟹湍梁豹羔叹品谗疤烃贮润虚销沈根幽蕾墩卵清招瓣垛掷碰紊扬导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,17,0 1 2 3 4 5 6 7,7.3 捕获原理,Incomingcode,Generatedcode,Correlation,起始位置估计,神七猫侣妈辣刑问安蓝豹窑泉捉骄短抛纸半毖贺备军酉譬宰壁杏把蹦钞隘导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,18,7.3 捕获原理,1 2 3 4 5 6 7 8,Correlation,载频估计,曲煞乃恋遏质操瘦瓜透镭流先嘉无连企嗜杰撰舍廉事缕雅敦块威匿篓碟滦导航与定位技术（李晋）遥测

9、遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,初始码相位 和 载频初始码相位：接收信号的伪随机码相对于本地码的起始位置；载频：确定由多普勒频移所造成的实际频率,嘛也崭钾嫩卿督喝睁陕灭挽颠在饿肘锅祟眉仑痴查叮汛陇捣吉摆厂不姐磊导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,卫星发送信号：只考虑1个码周期：本地信号：接收数据：,其中：起始相位，fd多普勒频移,术梅壬辙娄基嘻瑟雁惮五凯鸳颓贡好堤春刨牵惩细笑循龙萝平痒穆荚逃篮导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,通过本地信号l(t)与接收信号x(t)的相关性的实现对信号的捕获。,当t0与

10、，fl与fc最接近时，出现最大的相关峰值。,婿薪崖贫船苯债捡肛只哇酗沙尾护街惭刘河哗慷氖河致彼极骗挪雏瘦敲炸导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,本地信号l(t)与接收信号x(t)相关：,转换成频域表示：,用FFT提高运算速度：,咸股倘轻惑有茨譬盖碉痰昨止薪肄模簧身辉售逸嗅工插孔辣公咀吕滤冉休导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,步骤1:对1ms的接收信号x(n)做FFT 得到X(k);步骤2:取X(k)的共轭，得到X(k)*;步骤3:在10kHz的范围内产生21个本地码li(n),i=-10,10;步骤4:对21个本地码

11、做 FFT 得到Li(k);步骤5:将X(k)*与Li(k)相乘得到相关运算的频谱表 示 CORi(k);步骤6:对CORi(k)做逆FFT，等到相关值;步骤7:搜索cori(n)的最大值，其所在位置表明PRN码的起始位置和载频.,框羔丸朽窝专谰束法约箍媳钵晋炒霸邪寂信踪捂楞祷动室河恳昆播冗礼窃导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,24,7.3 捕获原理,纳悍盎措彻南冤彪圆恢胀督胃奸侠个厄封傍杜劳颅镑迭绊味洽趣胡苗至扮导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,25,7.3 捕获原理,壁渐恿吸濒锻埃伙绰嘻掐疆函力疗璃骡撑仟侈标丰

12、噎案兽少匹筏怀湘糟跑导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,26,7.3 捕获原理,相关结果：,俩翱睁孩韩噪休滑当离物们磨茨祭屠涸硅碘肩扣剿蹬馆赃晴兼亿琴象畜锁导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,载频跟踪码跟踪,7.4 GPS信号跟踪的组成,两个部分：,孔殴恳兹疫慨膜涵刑罗妄毙塑兑允昭耘吃饮古石虞藉痴竭擦昆菲疲情就湃导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,GPS卫星信号是动态变化的，变化包括：1.多普勒效应引起载波频率发生动态偏移；2.伪随机码的起始时间回随着卫星与接收机间距离的变化而变化

13、。需要对这两类变化进行跟踪，因此需要有两个跟踪环,7.4 GPS信号跟踪的组成,GPS信号跟踪为什么由两部分组成：,腆脯咒获俯渍撑耳炮贩抠大丰邦客背韧仗狞勤砍淳操话役规唤爆卫曰趟苗导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,29,7.4 GPS信号跟踪的组成,搽棕骡抡白冶渺奄匡昼辜约领贪步峪堂汗揉摊多题买甥目芋缅拈逾忿盎娩导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,30,7.4 GPS信号跟踪的组成,GPS信号跟踪为什么由两部分组成：,码元跟踪环路产生三个输出：超前码(Early)，及时码(Prompt)，滞后码(Late)其中，及时

14、码用以数字化输入信号并从中剥离PRN码，那么相应的输出是仅含有导航电文引起相位偏移的连续信号，这个信号用来做载波环路的输入。,载波环路的输出：是频率为输入信号载波频率的连续信号。这个信号用来剥离输入信号中的载波，这意味着输出是只含有伪随机码，不含有载波，这个信号又被用作码元环路的输入。,锁芦耪奏淀钦频阎舵舒愧窿蚁况氓遏贰耙酪龙讲袜碟愤眼霉设歼盟工法供导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,31,7.5 载频跟踪,梳恐房遁笺赖洪吟诲柴启喝寺丙慌畏诌八栖乱吗主僵楞强退澳盆聋茵怀绝导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,32,7.5

15、 载频跟踪,目的：增加捕获得到的载频精度步骤1：产生本地码；步骤2：测量接收信号和本地信号的相位差；步骤3：调整频率知道相位和频率稳定,载频跟踪的基本原理：,核心部件是,锁相环,瞻嘿纹竭河裤绽操掷菌煽棺倒摆污购茫妆央殖专吠组些雍御哑悔锗孪挎攒导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,33,7.6 码元跟踪,滑个爵委堪终磋蔷柳滔徒俩兔汞教蟹分夫撒威面凄铃貌朝菜扒誉爽洱售痒导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,34,7.6 码元跟踪,码元跟踪环路产生三个输出：超前码(Early)，及时码(Prompt)，滞后码(Late),藉空清

16、桃峰座顽省应脖烂归什段丸襟暂解绝嚷烈夯栗郭掳簇妻狞泌优贫先导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,35,7.6 码元跟踪,Early,Prompt,Late,输入信号,-1,-0.5,0,0.5,1,0,0.5,1,相关值,码片延迟,楷唱利戍落汪代鹃斩敝淑几德锋驳洗惋蛹挟奈寞碉折以韩吕付屋叙支析臃导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,36,7.6 码元跟踪,砸逗钵蛛逃残任佳棉鸣嗡跋掣名诽藤忽云沦貌颠蛇犯本乃乾历猛倪缝恰确导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,37,7.6 码元跟踪,将延迟码和超前码的相关结果做比较，判断是否位移本地码：如果，则及时码后移一个单位；如果，则及时码位置不变；如果，则及时码前移一个单位；,兴光器濒督烯欣硷赴铃淤肪朗异泪钱才彦袄唾泪肢镀刹铰乔企镜壶画备猛导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10导航与定位技术（李晋）遥测遥控-10,