GPS原理及其应用习题

信号解调：是信号调制的反过程，是将原始信号与高频震荡分离的过程。 遥测字：每一子帧的第1个字，用作捕获导航电文的前导。

交接字：每一子帧的第2个字，主要内容：捕获P码的Z计数（从每周开始子夜零时起算的时间计数，表示下一子帧开始瞬间的GPS时，为实用方便一般为发播的子帧数1子帧/6s）。

数据龄期：最近一次更新星历数据的时间。 时延差改正：信号在卫星内部的时延。

传输参数：它表示向非特许用户指明，当用该GPS卫星作为导航定位测量时，可能达到的测量精度。

试说明什么是伪随机噪声吗？什么是随机噪声吗？

为随机噪声吗：具有随机序列特性的非随机序列为伪随机序列。不仅具有类似随机噪声码的良好自相关特性，而且具有确定的编码规则，周期性的且易复制。 随机噪声吗：码元幅度的取值完全无规律的码序列，也称随机码序列。

C/A码和Ｐ码是怎么产生的？

C/A码：2个10级反馈移位寄存器相组合产生，码长Nu=1010-1=1023。 P码：2组各有2个12级反馈移位寄存器构成，码长Nu=2.35×1014（１０的１４此方）。

试述C/A码和Ｐ码的特点。

C/A码的码元宽度较大，测距误差2.9米（码宽293.1米），测量精度低，属于标准定位服务。（民用）

P码的码元宽度较小，测距误差0.293米（码宽29 . 3米），测量精度高，属于军用定位服务。

试述伪随机噪声码测距原理。

预先复制一份伪随机噪声码，再与接收机接收的伪随机噪声吗进行比对，记录开始比对时间，当达到自相关系数最高时记录时间，这时间差就是信号的传播时间。这个时间乘以光速就是距离。

什么是导航电文？

包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航信息的数据码（D码） 作用：向用户播发卫星星历、卫星钟参数、卫星状态信息及其它信息

试述导航电文的组成格式。

导航电文也是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。播送速度为50b/s，所以播送1帧电文的时间需要30秒，每帧电文含有5子帧，而每子帧分别含有10字码，每字码占30bit, 其持续播送的时间为6s，为了记载多大25颗卫星的星历，子帧4、5各含25页。子帧1、2、3与子帧4、5的每一页均构成1个主帧，在每一主帧的帧与帧之间，子帧1、2、3的内容每小时更新1次，而子帧4、5的内容仅在给卫星注入新的导航数据后才更新。

简述导航电文数据块II的主要内容。

第二数据块是由第二子帧与第三子帧构成，表示GPS卫星的星历。它的内容有3类参数来描述GPS卫星的运行及其轨道。第一类：开普勒六参数。第二类：轨道摄动九参数。 第三类：时间二参数1、从星期日子夜0点开始度量的星历参考时刻；2、星历表的数据龄期。

什么是预报星历？什么是广播星历？

所谓预报星历就是卫星GPS将含有轨道信息的导航电文发送给用户接收机，然后经过解码获得的卫星星历。所以也叫广播星历。预报星历通常包括相对某一参考历元的开普勒轨道参数以及必要的轨道的摄动改正参数。

后处理星历，是一些国家的某些部门根据各自建立的跟踪站所获得的精密观测资料，应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星星历。

试通过图表说明GPS卫星是怎样构成的？

包括载波（Carrier）、测距码（Code） 和卫星（导航）电文（Message） 载波：L1，L2

测距码：C/A码（目前只被调制在L1上） P(Y)码（被分别调制在L1和L2上）

数据码：卫星（导航）电文

试写出调制后的GPS信号的表达式。

SL1i(t)=ApPi(t)Di(t)cos(ω1t SL2i(t)=BpPi(t)cos(ω2t φ2i)

其中Ap，Ac，Bp分别为19cm载波L1和24cm的载波L2的振幅;Pi(t),Di(t),Gi(t)分别为 第i颗GPS卫星的P码，C/A码和D码；ω1，ω2分别是L1和L2的角频率，φ1i，φ2i，分别是第i颗GPS卫星的L1载波和L2载波的出项。

绘图说明载波与测距码信号调制的原理。

试述GPS接受机的硬件和软件

φ1i)

AcGi(t)sin(ω1t

φ1i)

GPS接收机的硬件，一般包括主机、天线和电源，是用户设备的核心部分，主要功能是接受GPS卫星信号。GPS软件部分也是构成现代GPS测量系统的重要组成部分之一，它包括内软件和外软件两部分。内软件是指控制接收机信号通道，按时序对卫星信号进行量测以及内务或固化在中央处理器中的自动操作软件。外软件主要是指观测数据后处理的软件。

GPS接收机的分类。

根据GPS用户的不同要求，按用途分，一般可分为导航型、测量型、和授时型。 按接收机的载波频率分类：单频接收机，双频接收机。

按接收机通道类型分类：多通道接收机，序贯通道接收机，多路多用通道接收机。

绝对定位：是以地球质心为参考点，确定接收机天线在WGS—84坐标系中的绝对位置。 相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。

静态定位：是指将接收机安置在固定不动的特定点上观测数分钟或更长时间以 确定该点的三维坐标。

动态定位：是指至少有1台接收机处于运动状态，确定各观测时刻运动中的接收机的绝对位置。

静态绝对定位：当接收机天线处于静止状态确定观测站绝对坐标的方法。