Распространение GPS-сигналов

Размещено на http://www.allbest.ru/

GPS-сигналы передаются на двух радиочастот в УКВ диапазоне. ДМВ охватывает диапазон частот от 500 МГц до 3 ГГц. Эти частоты называют L1 и L2 и являются производными от общей частоты, f₀ = 10.23MHz:

f_L1 = 154 f₀ = 1575.42 MHz, (2.1)

f_L2 = 120 f₀ = 1227.60 MHz. (2.2)

Сигналы состоят из трех частей: несущей волны с частотой f_L1 или f_L2, Навигационных данные содержат информацию о спутниковых орбитах. Эта информация загружается на все спутники от наземных станций из сегмента управления GPS. Навигационные данные имеют скорость передачи данных до 50 бит в секунду.

Распространение последовательностей

Каждый спутник имеет два уникальных расширяющих последовательностей или кодов. Первый - грубый код приобретения (С / А), а второй - зашифрованный код точности (P (Y)).C / A код представляет собой последовательность из 1023 частиц (частица соответствует одному биту). Она называется частицей что бы подчеркнуть, что она не несёт какой-либо информации.) Код повторяется каждую 1 мс и дает сколы на скорости 1,023 МГц. Код P является большим кодом (? 2,35 * 104 частиц) с сколами скоростью 10,23 МГц. Он повторяется каждую неделю, начиная с начала «GPS недели» (полночь между субботой и воскресеньем).

C / A код только модулируется на несущей L1, в то время как P (Y) кода модулированного на обеих L1 и L2 частотах. Раздел 2.3 описывает поколения и свойств расширяющих последовательностей в деталях.

Схема генерации GPS сигнала

Рис 1. Схема генерации сигнала GPS на спутнике.

спутник фазовый манипуляция тактовый

Подробное описание генерации сигналов дается на Рисунке 1 блок-схема, описывающая генерации сигналов. Блок-схема должна читаться слева направо. На крайней левой части, основной тактовый сигнал подается на остальные блоки. Тактовый сигнал имеет частоту кратную 10.23MHz. На самом деле, точная кратность частоты 10.22999999543MHz, но для учёта релятивистских эффектов взято 10.23MHz для пользователей на Земле. Когда данная частота умножается на 154 и 120, она генерирует сигналы L1 и L2, соответственно. В нижнем левом углу ограничитель используется для стабилизации тактового сигнала перед подачей его на P (Y) и C / A коды генераторов. В самом низу генератор данных создает навигационные данные.

Генераторы кода и генератор данных, синхронизируются через X1 подаваемый P(Y) генератор кода.

Табл. 1. Таблица истинности исключающего ИЛИ

Табл. 2. Таблица истинности для обычного умножения

После генерации кода, коды в сочетании с навигационными даннями проходят через модуль-2 - сумматор. Исключающее ИЛИ операция используется по двоичной последовательности, представленной на 0 и 1, и его свойства приведены в таблице 2.1.

Если двоичные последовательности имеют полярное представление, то есть без возврата к нулю, например, 1 и -1, то можно использовать обычное умножение (таблица 2.2.)

C/A код + данные и P(Y) код + данные сигнала подаются на два модулятора частоты L1. Здесь сигналы модулируются на несущий сигнала с помощью метода двоичной фазовой манипуляции (BPSK). Оба кода модулируются в синфазне и квадратурны друг с другом на L1. То есть, есть 90? сдвига фаз между двумя кодами. После P(Y) часть ослабляется на 3 дБ, эти два сигнала L1 добавляются в форме в результат сигнала L1. Так называемый стандартный сервис определения местоположения (SPS) на основе сам только на C/A коде.

Отсюда следует, что сигнал, передаваемый со спутника может быть описан как:

 2.3

где РС, P_PL1 и P_PL2 являются мощностями сигналов с С/А или Р кодом, С^k является С/А кодовой последовательностью номера спутника k, Р^k является P(Y) кодовой последовательностью номера спутника k, Dk является последовательностью навигационных данных, а f_L1 и f_L2 - несущие частоты для L1 и L2, соответственно.

Рисунок 2 показывает три части формирования сигнала на частоте L1. C/A код повторяется каждые 1 мс, и один бит навигация длится 20 мс. Следовательно, каждый бит навигации, содержит 20 полных С/А кодов.

Рисунок 3 показывает, Золотой код C, навигационные данные D, модуль-2 суммирует сигнал C+D с несущим сигналом. Окончательный сигнал создается с использованием двоичной фазовой манипуляция (BPSK), где несущий сигнал мгновенно сдвигается по фазе на 180? во время изменения частицы. Когда происходит переход бита навигационных данных (около одной трети от правого края), фаза результирующего сигнала также имеет здвиг фаз 180?.

Рис. 2. структура сигнала L1:

F (T) является несущей волной, С (Т) является дискретной последовательностью кода C/А . Как видно, этот сигнал повторяется каждые 1 мс. D (т) является дискретным битовым потоком навигационных данных. Один навигационный бит длится 20 мс. Три части сигнала L1, умножаются на форму результирующего сигнала. Данный график выполнен без соблюдения масштаба.

Размещено на Allbest.ru