GNSS接收机技术以及应用复习

1.GPS GNSS 名词解释

（1）
GPS：Global Positioning System
GNSS：Global Navigation Satellite System
全球导航卫星系统：美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的[北斗卫星导航系统]

（2）GPS特点

实现全球全天候连续的导航定位服务
定位精度高
观测时间短
测站间无需通视
仪器操作简便
GPS具有更强的适应性，对环境的要求非常小

2.子午仪

英文：transit
定位原理：使用了多普勒效应

3.GPS结构

空间星座部分：24星、6个轨道面、倾角55°、卫星高约20200Km
地面控制系统：系统主控站（1个）、地面监控站（5个）、地面接收站（3个）【主控站、监测站、注入站】
用户设备部分：

4.北斗发展

（1）北斗一代 RDSS：RDSS(Radio Determination Satellite Service)，卫星无线电测定服务。用户需要响应服务波束并将观测数据回传到中心站（简单说就是发出申请）才能定位，所以RDSS是一种有源服务

（2）北斗二代 RNSS：RNSS(Radio Navigation Satellite System)，卫星无线电导航系统。GPS系统属于典型的RNSS，是无源的。北斗二代主要发展了无源定位系统。

（3）北斗：精密授时、短报文通信、定位精度高、具有兼容性

5. MATLAB基本知识

（1）基本命令
（2）预定义变量
（3）常用函数
（4）向量创建

创建数组(行向量)a=[1 3 pi 3+5i] 向量元素间用空格或英文的逗点“,”分开。

b=1:10 b=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x= linspace(1,2,5) x=1.0000 1.2500 1.5000 1.7500 2.0000

（5）矩阵创建函数ones(生成全1矩阵)、zeros (生成全0矩阵)
A： >>ones(3) 创建全1的3x3数组
B：>>ones(3,4) 创建全1的3x4数组
求方阵A的逆矩阵可调用函数inv(A)。

（6）选择语句

if 和 switch 结束后面都要加上 end

（7）绘图
B：三维网线图（mesh）和曲面图（surf）

（8）函数输出形参用[ ] 输入形参用（）

6. 开普勒三大定律

（1）第一定律：所有的行星分别在不同的椭圆轨道上围绕太阳运动, 太阳处在这些椭圆的一个焦点上。（卫星在轨道上相对近地点的位置，是时间的函数）
（2）第二定律：卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。

（3）所有行星的椭圆轨道的长半轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。
（6）卫星轨道6个参数

7.GPS卫星信号

卫星信号：GPS卫星向用户发送的用于定位导航的调制波

l结构组成：3种信号成分——载波、伪码、数据码

l时钟基本f频率（f0）：10.23MHz（星上原子钟基准频率）

两种载波：
载波选择特高频波段的原因：

特高频的信号以直射波形式传播，有利于减弱信号所受的电离层折射影响
用载波对伪码信号调制，要求载波频率要远远高于伪码频宽
为了有效利用频谱资源，并减少无线电之间的干扰
卫星运动能过获得较高的多普勒频移，有利于测量用户的行驶速度（fd、frequency_step）

L1上有 C/A码、P码、数据码 L2上只有P码和数据码
L1载波上的信号（重点）
C/A码：1.023MHz navigation message：50Hz P码 10.23MHz

信号表达式
L2载波上的信号

navigation message：50Hz P码 10.23MHz

信号表达式：

8.伪随机噪声

（1）m序列（自己推导一个周期）
（2）C/A码：由两个10级反馈移位寄存器组合产生（T = 1ms）数码率为1.023 Mb/s
良好的自相关特性；
优良的互相关特性，可供码分多址系统选用；
短码，易于搜索和捕获；

导航电文结构：帧、子帧、bit 电文的传输速率是50b/s，所以播发一帧电文需要30s，而一子帧电文的持续播发时间为6s。

9.卫星信号捕获

（1）接收机结构(要了解每部分的作用）

接收机处理流程：天线—>射频前端—>基带信号处理—>定位导航解算

捕获：对某个具体的卫星信号要在载波频移范围内和C/A码相位范围内进行二维搜索，以获得最接近的载波频率和C/A码相位

跟踪：精确确定载波频率和C/A码相位，并跟踪其变化

解析：从扩频信号恢复原来基带信号D(t)的过程

解调：从已调无线电信号中提取信息

（2）串行捕获：

串行捕获原理（参考）：

接收机在本地不停的产生本地伪码，并且知道产生的伪码相位。输入系统的GPS中频信号与本地的NCO载波发生器分别相乘得到两个互相正交分量，本地产生的伪码按照一定的速率抽样之后与上一步得到的两个正交分量相乘，分别分到I路和Q路信号。C/A码调制和P码支路正交的支路上，假设是I支路。当然由于信号传输过程中引入了相位差，解调时的I支路不一定是调制时的I支路，Q支路也一样，二者不一定一一对应，因此为了确定是否检测到接收信号，需要同时对两支路信号进行研究。相关后的积分是为了获取所有相关数据长度的值的相加结果，平方运算是为了获得信号的功率。最后将两个支路的功率相加，只有当本地伪码和本地载波的频率相位都与中频信号相同时，最后得到的功率才很大，否则结果近似为零。根据这个结论考虑到噪声的干扰，在实际设计时应该设定一个判定门限，当两路信号功率和大于设定的门限时则判定为捕获成功，转入跟踪过程，否则继续扫描其它频率或相位。
过程

公式推导（重点理解）
（3）Costas环卫载波跟踪环法（重点理解框图和公式推导）

推导：