GPS是什么?它的工作原理是怎样的!

车载 GPS导航系统是汽车电子的重要应用,随着汽车进入普通家庭并迅速普及,对车载 GPS 的需求也在急速增长。

GPS 工作原理

GPS 系统的英文全名是Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Position System, 其意为卫星测时测距导航/全球定位系统,缩写 为 NAVSTAR/GPS,简称 GPS 系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统,于 1994 年全面建成。GPS 全球卫星定位导航系统,开始时只用于军事目的,现在也 广泛应用于商业和科学研究上。GPS 系统能为各类用户提供精密的三维位置、三维速度,并给出精确的卫星时间基准。

GPS 系统包括三大部分:

  • 空间部分-GPS 卫星星座;
  • 地面控制部分-地面监控系统;
  • 用户设备部分-GPS 信号接收机。

GPS 导航系统的空间段最初设计为 24 颗卫星,围绕 6 个轨道平面运行。 在 2011 年,卫星数目增加到 27 颗。实际中,通常有 31 或 32 颗卫星在轨运 行,包括备用卫星。GPS 系统中,卫星的轨道高度为 20,200 千米,每天围绕 地球运行两周。GPS 的卫星轨道设计使得在任意时刻、地球上任意位置,可见卫星不少于 6 颗,最多可以看到 15 颗卫星。

GPS 信号

GPS 卫星传输的信号主要由三个部分组成:

每颗卫星使用两种不同的测距码来对导航电文进行扩频,粗略码 (C/A),也称 为民码,免费提供给全球用户使用,精细码 (P),也称为军码,主要用于政府 和军事机构中的高精度应用。C/A 码是长度为 1,023 比特的伪随机码,传输速 率为 1.023 Mbps,即每毫秒重复一次。GPS 系统采用码分多址技术,每颗卫 星使用不同 C/A 码,在同一频率上传输信号,接收机通过对 C/A码的识别来确 定信号来自哪颗卫星。P 码是码长为 6.1871 x 1012 比特的伪随机码,传输速率 为 10.23 Mbps,P 码的周期很长,每周重复一次。

GPS 信号由导航电文和 C/A 或 P 码组成, 调制在 L1 和 L2 载波上

* GPS 卫星传送的精细码为 P (Y) 的加密编码

自 1994 年起,为了反电子欺骗,P 码被W码加密得到 Y 码,通常称为 P (Y) 码, 仅限于军事应用。 导航电文,经测距码扩频后,调制到射频载波上。L1 载波 1575.42 MHz 频带上同 时调制了 C/A 和 P (Y) 码信号。L2 载波 1227.6 MHz 频带上只调制了 P (Y)码信号。

GPS 导航电文

导航电文由一个含有 37,500 比特的主帧组成,传输速率为 50 bps,电文的传 送时间为 12.5 min。主帧分成 25 个页面或帧,每帧由 5 个子帧构成,包括时间 和钟差改正数、卫星健康状况、当前卫星的星历或精密的轨道信息、以及一部分历书(包含所有卫星粗略轨道信息)。

接收机接收每颗卫星的星历数据,来确定卫星的位置。它还需要传输时间和钟差 改正数来计算伪距,进而确定接收机的位置。这些信息在前三个子帧中传输,接 收机至少需要 16 秒 (在最坏情况下是 30 秒) 来获取这些必要信息。

GPS 导航信息

最坏情况: 完整星历数据的接收需要 30 秒, 历书数据接收需要 12.5 分钟

您可以通过下面地址获得 GPS 历书文件:http://www.navcen.uscg.gov/?pageName=gpsAlmanacs

当今的技术发展日新月异,复杂程度也随之增加。利用创新的设计测试解决方案,可以让您轻松应对各种变化,并且做好安全防范。

This paper describesGPSreceiver tests used forGPSverification. It also introduces an application capable of generating the requiredGPSsignals for a repeatable and flexible test environment.

是德科技

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