GPS卫星信号（一）：测距码信号
GPS卫星信号（一）：测距码信号
一．伪随机码
1.码的基础概念
①.码 表达不同信息的二进制数及其不同组合。
②.码元 一位二进制数叫一个码元（0 或 1）。
③.编码 按某种标准用二进制表示信息的过程。
信息容量 某一种现象包含2^r种不同的状态，在计算机中可以用长度为r的二进制编码来唯一标识每一种状态，并且这些编码所占用的信息总量为每个状态对应每个标识符占用r比特的信息量
⑤.数码率 也称比特率，单位时间传输的码元。单位bit/s或bps或HZ。
⑥.码元宽度 传输一个码元所用的时间。
2.随机（噪声）码
①. GPS信号中的关键技术：伪随机码扩频技术。
随机码扩频优点：不仅能够提升系统的导航定位精度，并且能够使得系统具备非常高的抗电子干扰能力和极强的保密性。
③. 随机码特点（良好的自相关性）
** 随机码为非周期性序列，不存在任何编码规则，因此不能被复制。
** 随机码序列中0和1出现的概率均为1/2。
** 两随机码序列的模2和为0两码元相同；两随机码序列的模2和为1两码元相异；
自相关函数=1时已对齐；自相关函数≠1时没有对齐。
④.模2和运算
1 + 1 = 0， 1 + 0 = 1， 0 + 1 = 1，0 + 0 = 0
3.伪随机码
⑴. 产生原因：随机码序列没有周期性，无法复制。
⑵. 定义：具有良好的自相关特性且有周期性，无法复制。
⑶. 产生装置：“多级反馈移位寄存器”。
⑷. 分类：截短序列、复合序列等。
二．伪随机码扩频与相关接收
△伪码扩频
1.定义
采用预期发送几十比特速率的导航电文经转换后变为发送几兆甚至更高比特率的组合码，并被称作伪随机码扩频（PN Code Expansion），简称为伪码扩频
2.优越性
①.保密性强： 信号深埋在噪声中，抗干扰
耗电量低： 该方案通过优化设计降低了信噪比指标，并使卫星能源消耗得以显著降低。从而使得卫星仅需相对较低的发射功率即可完成长达两万公里的目标定位任务。
△伪码测距
1.定义
用于计算卫星发射信号从卫星传递至用户的时间延移时，在理论研究中我们主要用到了两种关键的技术手段：一种是用于描述卫星发射信号特征的伪随机序列（即所谓"Code Division Multiple Access"），另一种则是用于描述接收端定位特性的复制追踪伪码（即所谓的"Code Tracking"）。基于这两种核心原理的技术组合因此被统称为"Code-to-Clock Distance Estimation"方法。
2.基本原理
基于一种伪码延迟锁相回路的设计方案中,通过算法优化使得本地复制生成的跟踪码与接收端伪码在码元层次上实现了精确对准
亦即同步至时间轴上，并通过对比追踪代码与本地基准模块的时间差值来判断系统运行状态。
△码分多址
1.为什么用码分多址
①. 类型：频分多址FDMA、时分多址TDMA、空分多址SDMA、码分多址CDMA
②. 原因：同时观测多颗卫星，只有两个载频
③. 区别：GPS导航定位中采用码分多址，GLONASS采用频分多址
2.什么是码分多址
即为码分多址亦称CDMA技术，在编码过程中为每个卫星分配独特的伪随机序列以实现通信
b. 特点：每颗卫星的伪噪声码不同，则可依据所使用的伪随机噪声码进行卫星编号，并称为PRN编码。在导航定位过程中，普遍采用该方法对卫星进行编号。
三．C/A码与P码
△概述
①. 测距码是用于测定卫星到接收机间的距离的二进制码
②. GPS卫星采用两种测距码，即C/A码和P码，两者都是伪随机码
③. C/A视为粗编码方案, P则被视为精密编码方案.各卫星所使用的测距编码均具有独特特征,并且相互独立
△C/A码
1.定义
C/A码主要用于分址、搜索卫星信号以及粗测距离等任务，并具备一定的抗干扰能力作为已知编码使用；主要供民用领域应用。
2.产生
C/A码是由两个10级移位寄存器相结合而产生的
3.基本特性
①.时钟脉冲速率：1.023Mbit/s
②.码长1023bit，很短，易于捕获（捕获码）。
③.码元宽度Tc约等于977.5ns。
④.时间周期1ms，1sec对应的长度293Km。
⑤.不同的卫星具有不同的C/A码。
⑥.它是L1载波的调制信号。
⑦.测距误差2.93~29.3m，精度较低（粗码）。
△P码
1.产生：有两组各有两个12级反馈移位寄存器结合产生的。
2.基本特性
⑴.时钟脉冲速率：10.23Mbit/s
⑵.伪噪声码的长度周期:6.187bit× 1012 bit
⑶.码元宽度是C/A码的1/10，Tp约为0.1µs
⑷.是L1、L2载波的调制信号
⑸.不同卫星具有不同的P码
⑹.测距误差0.29~2.93m，精度较高（精码）
