理解 GPS 最困难的部分是信号本身。根据时间计算距离非常简单,甚至三边测量(稍后将要介绍)听起来也没有添加几张图时那么棘手。但是 GPS 信号及其工作方式非常复杂。
那么,哪些信息会被传送到我们这里呢?每颗卫星发出的独特信号包含两个代码和一个信息。
- C/A码(粗/采集码)
- P码(精密码)[加密后称为Y码]
- 导航信息
P 代码已加密供军事使用,因此可以忽略。加密的目的是防止欺骗和控制系统的访问权。顺便说一句,P 代码加密后,被称为 Y 代码。
载波
采用两个载波。
Ll = 1575.42 MHz
L2 = 1227.60 MHz
C/A代码
每颗卫星都将自己的独特代码调制到载波上。平民可以访问的C/A代码是在Ll上发送的。它由1 023位组成。
整个代码的传输时间为一毫秒,并无休止地重复。
导航信息
除C/A码外,还将导航信息调制到Ll载波上。该电文包含许多重要信息,而且相当长。然而,由于它的发送速度相对较慢,发送一条完整的信息需要12.5分钟。
P代码
第二种独特的代码被调制到Ll和L2载波上。这种代码是为军事用途加密的,平民不能使用。它包含更多的位数,并以更高的速度发送,从而使授权用户能够更准确地计算位置精度。
作为平民,我们只对C/A码和导航信息感兴趣。C/A代码实际上是一个由1023位组成的二进制字符串。乍一看,这个序列似乎是完全随机的--但事实并非如此。这个序列是经过精心设计的,所以如果你把这个序列写在两张描图纸上,并把它们重叠起来,只有一个位置会匹配(如图所示)。
二进制字符串
写在纸上的二进制字符串示例。
检查是否匹配
两份写在描纸上,检查是否相符。
不匹配
我们可以看到在这个位置上没有匹配。
匹配
序列在这个位置匹配。
第二场
我们看到序列也在这个位置匹配(当一份代码完全覆盖另一份时)。
C/A规范建设
C/A代码的构造是为了使序列只在一个位置上匹配。
我们将看看为什么重要的是C/A代码只匹配在一个位置后,当我们看看 如何计算距离的卫星。现在,我们需要知道的是,每个卫星传输的C/A代码是独一无二的卫星,虽然它看起来是一个随机的字符串的位,它不是。该代码实际上遵循精确的确定性模式,因此它通常被称为伪随机噪声(PRN)。
导航电文与C/A代码不同,因为它包含数据。这包括关于时钟校正、卫星健康状况、星历(精确轨道)数据、电离层模型参数和星历(关于该星座所有卫星的一般信息)数据。由于导航电文中包含的信息量大,而且传输速度相对较慢,因此发送整个电文需要12.5分钟。
GPS信号的最后一部分,我们需要看的是载波本身。正如我们已经说过的,每颗卫星发射两个频率--L1为1575.42兆赫,L2为1227.60兆赫。所有的三个元素(C/A码,Y码和导航信息)被调制到L1载波,而只有Y码被调制到L2载波。然而,虽然民用用户不能从L2载波解调Y码,但我们可以利用L2载波本身,正如我们在'什么是差分校正或DGPS?‘.
C/A 代码以 1.023 Mb/s 的速度调制到载波上。导航消息以 50 b/s 的速度调制到载波上。
这是我们的''中的一篇文章。什么是GNSS?'系列。