GPS卫星信号的调制与解调

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一、卫星信号的调制

gps卫星信号包含三种信号分量,它们是载波信号、测距码信号和数据码信号。每颗卫星的数据码用模二相加叠加在C/A和P码上,然后再分别相变调制到L1载波和L2载波上。前面已经提到,载波信号包括L1载波和L2载波,于是测距码信号包括叠加在L1载波上的C/A、P码以及L2载波上的P码。所有这些信号都是在同一个基本频率f0=10.23MHz的控制下产生的。

GPS信号取L波段的两种不同频率的电磁波作为信号载波,即

L1载波f1=154×f0=1575.42MHz,λ1=19.03cm;

L2载波f2=120×f0=1227.60MHz,λ2=24.42cm。

GPS卫星信号的调制与解调

由上图可以看出,L1载波调制有C/A码、P码和数据码。在L2载波上目前只调制P码和数据码。拟议中的L5载波(第二民用频率)将同时加载C/A和P码,其频率预计为f5=115×f0=1176.45MHz,波长λ5=25.48cm。

不论测距码还是数据码,都是通过调相技术调制在高频载波上的。也就是说,当码值(调制信号)从1变成0,或从0变成1时,将使载波相位改变180°。调制以后的卫星信号经由卫发射天线向用户播发。

二、卫星信号的解调

接收机是卫星信号解调的硬件设备。它的主要工作是重建载波,提取测距码信号和导航电文。信号解调的常用方式有两种,复制码相关技术和平方解调技术。

复制码相关技术

当接收机复制出的与卫星的测距码信号结构完全相同的复制码,在同步的条件下与接收到的卫星信号相乘,即可去掉信号中的测距码信号分量。这时,恢复的载波依然还含有数据码信号分量。采用这种技术的条件,是必须掌握测距码的结构,否则将不能产生复制码。

平方解调技术

将接收到的卫星信号进行平方,由于处于±1状态的调制码,经过平方后均变为+1,且+1不影响载波相位,所以信号经平方后便达到解调的目的。采用这种方法不需要知道测距码的结构,但该解调技术却去掉了测距码和导航电文,故而单独使用时不能用来实时导航。另外,该技术将使信号上的噪声平方,使得信噪比大大降低。现在的平方解调技术一般用于C/A码接收机,用复制C/A码相关技术重建L1载波,用平方解调技术重建L2载波。

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