1、1,3.6 GPS卫星的伪随机测距码,疑问：什么是码？,2,码的相关概念,码是什么：码是一种表达信息的二进制数及其组合，是一组二进制的数码系列。 一般用0和1及其组合。比特为码的度量单位。 码元:在二进制中，一位二进制数叫一个码元或一比特。被取为码的度量单位.(11,10,01,00每个码含有两个二进制数, 即两码元) 数码率：在二进制的数字化信息传输中每秒钟传输的比特数。 数码率的单位：bit/s或记为BPS,3,何为编码？,如果将各种信息例如声音、图象和文字等通过量化，并按某种预定规则，表示成二进制数的组合形式，则这一过程称为编码。,4,随机噪声码的来源,码：码是一种表达信息的二进制数及其
2、组合由于码可以看做以0和1为幅度的时间函数，记做（）。因此，一组码序列（），对于某个时刻而言，码元是或完全是随机的，但其出现的概率均为.。随机噪声码：码元值完全无规律的码序列特点：非周期性，无法复制 具有良好的自相关性（信号测距）,5,补充概念,自相关性：指两个结构相同码序列的相关程度，可以用先关函数来描述。为了说明随机码的自相关性，现将随机序列u(t)平移k个码元，得到一个新的随机序列u(t)，如果两随机序列u(t)和u(t)所对应的码元中，相同的码元数（同为0或1）为Au，相异的码元数为Bu，则随机序列u(t)的自相关系数R(t)定义为：R(t) = (Au - Bu) / (Au + B
3、u) 疑问：当平移的码元个数为0的时候，我们可知其相关函数R(t)为1，那其他情况呢？,6,7,尽管随机码具有良好的自相关性，但却是一种非周期序列，不服从任何编码规则，实际中无法复制和利用。 要求：既拥有随机码的优点，在现实中又可以复制和利用。 怎么办？,8,伪 码,伪随机噪声码及其产生GPS采用了一种伪随机噪声码（Pseudo Random NoisePRN）简称伪随机码或伪码。伪码的特点： 具有随机码的良好自相关性; 具有某种确定的编码规则; 具有周期性的，容易复制。,可被现实利用,9,伪随机噪声码的产生伪随机码是由一个“多级反馈移位寄存器”的装置产生的。移位寄存器的特点 移位寄存器由一组
4、连接在一起的存储单元组成，每个存储单元只有0或1两种状态。 移位寄存器的控制脉冲有两个：钟脉冲和置1脉冲。 移位寄存器是在钟脉冲的驱动和置1脉冲的作用下而工作的。,10,移位寄存器的原理机制,假设移位寄存器是由4个存储单元组成的四级反馈移位寄存器，当钟脉冲加到该移位寄存器后，每个存储单元的内容，都顺序地由上一单元转移到下一单元，与此同时，将其中某几个单元，如单元3和单元4的内容进行模2相加，反馈给第一个单元。,以四级反馈移位寄存器为例,11,1111 1 0111 1 0011 1 0001 1 1000 0 . . . .,12,模二相加规则,13,移位寄存器在工作开始时，置1脉冲的作用，使
5、各级存储单元的内容全部处于1状态，此后在钟脉冲驱动下，将经历15种状态。,14,移位寄存器在经历了上表所列的15种状态后，再重复全1状态，完成一个最大周期。同时，从第四级存储单元也输出一个最大周期为15tu的二进制数序列,(tu为两个钟脉冲的时间间隔)。这种周期最大的二进制数序列，通常称为m序列。上例中是一个码长包含有15个码元的周期序列，其中任意4个连续的二进制数所构成的码都不相同，任何一个码在周期序列中都有相应确定的位置和时刻。,15,对于一个r级反馈移位寄存器来说，将产生更复杂的周期性m序列，此时移位寄存器可能经历的状态（码长）为Nu=2r-1，最多包含Nu个码元，最大周期为Tu=Nut
6、u。在r级反馈移位寄存器所产生的周期性m序列中，有时可以截取其中的一部分，组成一个新的周期性序列加以利用，这种新的周期较短的序列，称为截短序列或截短码。实际中有时还需要将多个周期较短的m序列，按预定的规则，构成一个周期较长的序列，称为复合序列或复合码。GPS信号接收机就是利用这一特征使所接收的伪噪声码和机内产生的伪噪声码达到对齐同步，进而捕获和识别来自不同GPS卫星的伪噪声码，解译出它们所传送的导航电文，测定从卫星到测站之间的距离等.,16,GPS的测距码GPS卫星所采用的两种测距码，即C/A码和P码（或Y码） （1）C/A码：是由两个10级反馈移位寄存器组合而产生。码长Nu=210-1=10
7、23比特，码元宽为tu=1/f1=0.97752s,（ f1为基准频率f0的10分之1，1.023 MHz）,相应的距离为293.1m。周期为Tu= Nutu=1ms。C/A码的码长短，共1023个码元，若以每秒50码元的速度搜索，只需20.5s，易于捕获，称捕获码。码元宽度大，假设两序列的码元对齐误差为为码元宽度的100分之1，则相应的测距误差为2.9m。由于精度低，又称粗码。,17,（2）P码 P码产生的原理与C/A码相似，但更复杂。发生电路采用的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。码长Nu2.351014比特，码元宽为tu=1/f0=0.097752s，相应的距离为29.3m。周期为Tu= Nutu 267d。P码的周期长，267天重复一次，实际应用时P码的周期被分成38部分，（每一部分为7天，码长约6.19 1012比特），其中1部分闲置，5部分给地面监控站使用，32部分分配给不同卫星，每颗卫星使用P码的不同部分，都具有相同的码长和周期，但结构不同。P码的捕获一般是先捕获C/A码，再根据导航电文信息，捕获P码。由于P码的码元宽度为C/A码的1/10，若取码元对齐精度仍为码元宽度的1/100，则相应的距离误差为0.29m，故P码称为精码。,18,
