GPS卫星信号的组成和原理解析

geren2014

在GPS天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱GPS天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响;在GPS天线原理中利用GPS卫星实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间(PVT)等导航信息。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。
　　目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成，本文在分析GPS卫星信号组成的基础上，给出了射频前端GP2010的原理及应用。
　　一、GPS卫星信号的组成
　　GPS卫星信号采用典型的码分多址(CDMA)调制技术进行合成，其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于l波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。卫星信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即：
　　fL1=154×f0=1575.42MHz (1)
　　其波长λ1=19.03cm;信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即：
　　fL2=120&TImes;f0=1227.60MHz (2)
　　二、GPS天线原理解析
　　其波长λ2=24.42cm。两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码(PRN)即测距码主要有精测距码(P码)和粗测距码(C/A码)两种。其中P码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，又叫导航电文或D码，它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历;总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。