GPS的测距码信号
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gps的测距码共有两种，分别是C/A码（粗码）和P码（精码）,皆属伪随机噪声码。 一、伪随机噪声码 （一）码的基本概念 为了表达各种不同信息，在现代数字通信中，广泛采用二进制数及其组合。这种表达不同信息的二进制数组合，就称为码（code）。将文字，图像、声音等信息，按照一定规则，表示为二进制数组合，这个过程叫编码（coding）。 一位二进制数称为一个比特（bit）或一个码元。在信息传播的过程中，每秒传输的比特数称为比特率，单位是bit/s，或者用BPS（Bit Per Second）表示。 （二）随机噪声码及其自相关性 码是一组二进制数组合的数字序列，它可以表达为取值0或1的时间的函数u（t）。如果假设一组码序列u（t），对于任何时刻来说，码元为0或1完全是随机的，概率均为1/2。这种完全无规律的码序列就称为随机噪声码（Random Noice）。这种不可复制的，非周期性的码序列具有良好的自相关性。 为了说明随机噪声码的自相关性，现将随机码序列 显然，当k＝0时，也就是不平移时，这时相应的码元完全对齐，即Bu＝0，R（t）＝1；当k≠0时，如果码元数充分大，便有Au≈Bu，这时R（t）≈0。由此可知，只要观察自相关系数R（t）的取值，即可判断两个随机码序列是否已经对齐。 根据以上论述，假如GPS卫星发射一组随机噪声序列 （三）伪随机噪声码及其产生 实际应用中的测距码并不是随机噪声码，而是伪随机噪声码（PRN－Pseudo Random Noice），简称伪随机码。伪随机码具有某种确定的编码规则，存在周期性，可以很方便的复制。同时，它还具有类似于随机噪声码的较好的自相关性。 伪随机码的产生，一般由一种叫“反馈移位寄存器”（feedback shift register）的装置来操控。如上图所示，这是一个四级反馈移位寄存器，当一个钟脉冲进入寄存器以后，该移位寄存器每个存储单元的内容，都依次转移到下一个存储单元，最后一个单元的内容就成为输出码元。例如，寄存器开始工作时，由置1脉冲的作用，所有存储单元的内容全部为1。此后，在钟脉冲的作用下，存储单元1的内容传递给存储单元2，与此同时，存储单元3和寄存储单元4的内容作模二相加（modulo-2 sum），其结果作为输入，反馈给在存储单元1。存储单元2的内容传递给存储单元3，存储单元3的内容传递给存储单元4，存储单元4的内容输出。此后，在钟脉冲的驱动下，由于存储单元不能全部为0，因此寄存器将经历15种不同状态。于是该伪随机码序列将包含15个码元，其分布如下表所示。 当然，码序列的产生也可以选择其它的反馈方式，以上介绍的是④⊕③的反馈方式，还可以是①⊕④等其他方式。一般说来，对于一个r级反馈移位寄存器来说，它可能经历的状态有 Nu是码序列的长度，如果每个钟脉冲的时间周期为tu，则该码序列的最大周期为 以上所举的例子r＝4，属于周期较短的伪码。在GPS测距这样的应用中，为了保证测量精度还需要周期更长，结构更复杂的伪随机噪声码。 二、C/A码和P码 C/A码和P码作为GPS的测距码，其码序列的结构和规律都比较复杂，这里不作详细介绍，只简单说明这两种测距码的性质和基本特点 （一）C/A码 C/A码是由两个十级反馈移位寄存器的输出信号相组合而产生。 经过不同的组合计算，产生结构相异的C/A码，不同的GPS卫星使用不同的C/A码。这些C/A码虽然结构不同，但基本特征参数是一致的。 码长Nu＝210－1＝1023码元 码元周期tu≈0．97752μs（相应距离为293.1m） 周期Tu＝1ms 数码率＝1．023Mbit/s 由于C/A码的码长较短，容易捕获，且能通过C/A码提供的信息方便地捕获P码，故C/A码又称捕获码。 C/A码的码元宽度（码元周期或相应距离）较大，假如码序列的对齐误差为码元宽度的1/100，则相应的测距误差为2.9m。 （二）P（Y）码 P码产生的基本原理与C/A码相似，它的发生电路，是由两个十二级反馈移位寄存器构成。在频率f2＝f0＝10．23MHz钟脉冲的驱动下，这两个寄存器产生的两组码序列X1（t）和X2（t），这两组码序列X1（t）和X2（t）模二相加形成P码。即 X（t）＝X1（t）X2i [t－itu] 其中，i为1到37之间的一个整数，tu表示P码元周期，这样就产生37个互异的P码相位。其中32个分给不同的卫星使用，5个部分给地面监控系统使用。 码长Nu≈2.35×1014码元 码元周期tu≈0.097752μs（相应距离为29.3m） 周期Tu≈267天 数码率＝10.23Mbit/s P码的频率更高，码元单位周期较小，假如码序列的对齐误差为码元宽度的1/100，则相应的测距误差为0．29m。这个误差仅为C/A码的1/10，故P码又称精码。 |
平移k个码元，由此获得一个新的随机序列
。如果在两个码序列对应码元中，相同的码元个数为Au，不同的码元个数为Bu，则随机码序列
