毕业论文---基于matlab的gps信号的仿真

毕业论文---基于matlab的gps信号的仿真内容摘要：

样，具有良好的自相关性，而且是一种结构确定、可以复制的周期性序列。 GPS 信号接收机就是利用这一特征使所接收的伪随机噪声码和机内产生的伪随机噪声码达到对齐同步，进而捕获和识别来自不同 GPS 卫星的伪随机噪声序列。 由于受 GPS 卫星至用户 GPS 接收机的路径信号传播延迟的影响，被接收的伪随机码和复制的伪随机码之间产生了平移；如果通过一个时间延迟器来对复制的伪随机码进行移动，使两者的相关函数值为 1，则可以从时间延迟器中测出对齐码元所用的时间，从而可以较准确地确定由卫星到接收机的距离。 由此可知，伪随机序列的良好的自相关特性，对于利用 GPS 卫星的测距码进行精密测距是非常重要的。 12  ruN( 2 1 )ru u u uT t N t  12 11)(  ruNtR沈阳理工大学学士学位论文 13 / 62 m 序 列有下列特性 : （ 1）均衡性：在一个周期中，“ 1”与“ 0”的数目基本相等，“ 1”比“ 0”的数目多一个。 它不允许存在全“ 0 （ 2）游程分布：在序列中，相同的码元连在一起称为一个游程。 一般来说，长度为 1的游程占总数的 1/2，长度为 2 的游程占总数的 1/4，依此类推。 连“ 1”的游程和连“ 0”的游程各占一半。 （ 3）移位相加特性：一个 m 序列 mP 与其经过任意次延迟移位产生的另一个序列mr模二相加，得到的 mS仍是 m （ ） （ 4）伪噪声特性：如果对随机噪声取样，并将每次取样按次序排成序列，可以发现其功率谱为正态分布。 由此形成的随机码具有噪声码的特性。 m 序列在出现概率、游程分布和自相关函数等特性上与随机噪声码十分相似。 正因为如此，我们将 m 序列称为伪随机码，或人工复制出来的噪声码。 C/A 码 C/A 码（ Coarse Acquisition Code）是 Gold 码，用于粗测距和捕获 GPS 卫星信号。 它是由两个 10 级反馈移位寄存器组合产生的，其序列长度为 1023（基数码）。 因为 C/A码的基码速率是 ，因此伪随机序列的重复周期是 1023/*106 或 1ms。 图 描述了 GPS C/A 码发生器的结构方案。 SrP mmm 沈阳理工大学学士学位论文 14 / 62 图 C/A码发生器 两个移位寄存器于每星期日子夜零时，在置“ 1”脉冲作用下处于全 “1”状态，同时在频率为 f1=f0/10= 时钟脉冲驱动下，两个移位寄存器分别产生码长为N=2101=102周期为 1ms 的两个 m 序列 G1(t)和 G2(t)。 这时 G2(t)序列的输出不是在该移位寄存器的最后一个存储单元，而是选择其中两个存储单元进行二进制相加后输出，由此得到一个与 G2(t)平移等价的 m 序列 G21（即与延时等价）。 再将其与 G1(t)进行模二相加，将可能产生 1023 种不同结构的 C/A 码。 C/A 码不是简单的 m 序列，而是由两个具有相同码长及数码率，但结构不同的 m 序列相乘所得到的组合码，称为戈尔德（ Gold）序列。 （ ） 采用不同的 it0值，可能产生 1023 个 G2(t)，再加上 G1(t)和 G2(t)本身，共可能产生 1025种结构不同的 C/A 码供选用。 这些 C/A 码具有相同的码长 N=2101=1023bit，相同的码元宽 tu=1/f1= μs（相当于 m）和相同的周期 Tu=Ntu=1 ms。 从这些 G(t)码中选择 32 个码以 PRN1， PRN2， … ， PRN32 命名各种 GPS 卫星。 由于 C/A 码长很短，只有 1023 比特，易于捕获。 在 GPS 定位中，为了捕获 C/A测定卫星信号的传播延时，通常需要对 C/A 码逐个进行搜索。 若以 50 个码元每秒的速度搜索，对于只有 1023 个码元的 C/A 码，搜索时间只要 s。 通过 C/A 码捕获卫星后，即可获得导航电文，通过导航电文提供的信息，便可以很容易地捕获 GPS 的 P 码。 所以， C/A 码除 了作为粗测码外，还可作为 GPS 卫星信号 P 码的捕获码。 1 2 0/ ( ) ( ) ( )C A t G t G t it  沈阳理工大学学士学位论文 15 / 62 C/A 码的码元宽度较大。 假设两个序列的码元对齐误差为码宽的 1/10～ 1/100，则此时相应的测距误差为 ～ m。 随着现代科学技术的发展，使得测距分辨力大大提高。 一般最简单的导航接收机的伪距测量分辨力可达。 C/A 码的码长、码元宽度、周期和数码率分别为：码长 Nu=2101=1023bit；码元宽度 tu≈ 52μs，相应的长度为；周期 Tu=Nutu=1 ms；数码率为 Mb/s。 不同的 GPS 卫星所使用的 C/A 码的上述四项指标相同，但编码规则不同，这样既便于复制又便于区分。 C/A 码具有以下特点： （ 1）由于 C/A 码的码长较短，易于捕获，而通过捕获 C/A 码所得到的信息，又可以方便地捕获 P 码，因此，通常称 C/A 码为捕获码。 在 GPS 导航和定位中，为了捕获 C/A码以测定卫星信号传播的时间延迟，通常对 C/A 码进行逐个搜索，而 C/A 码总共只有1023 个码元，若以 50 码元每秒的速度搜索，仅需 s 便可完成。 （ 2） C/A码的码元宽度较大。 若两个序列的码元相关误差为码元宽度的 1/10～ 1/100, 则 此时所对应的测距误差可达 ～ m。 由于其精度较低，所以称 C/A 码为粗捕获码。 P 码 图 给出了在 GPS 中用于实现码分多址技术的产生直接序列 PRN 码的高层方框图。 每个合成的 PRN 码由前面两个另外的码发生器导出。 在每种情况下，第二个码发生器的输出在其与第一个的输出由异或电路合并之前要相对于第一个进行延时，延时的量是可变的。 卫星的 PRN 码与延时的量是相关联的。 在 P 码的情况下，延时的基码整数与 PRN 码相同。 对于 C/A 码来说，对每颗卫星都有特别的延时。 表 列出了这些延时。 C/A 码延时可以由一种简单 而有效的技术来实现，这种技术不需要使用延时寄存器。 图 GPS 码发生器 沈阳理工大学学士学位论文 16 / 62 表 C/A 码和 P 码的码相位分配和码序列初始段 卫星 PR N 号码 C / A 码抽头 选择 C / A 码延时 / 基码 P 码延时 / 基码 前 10 个 C / A 基码（八进制） 前 12 个 C / A 基码（八进制） 1 2 ⊙ 6 5 1 1440 4444 2 3 ⊙ 7 6 2 1620 4000 3 4 ⊙ 8 7 3 1710 4222 4 5 ⊙ 9 8 4 1744 4333 5 1 ⊙ 9 17 5 1 133 4377 6 2 ⊙ 10 18 6 1455 4355 7 1 ⊙ 8 139 7 1 131 4344 8 2 ⊙ 9 140 8 1454 4340 9 3 ⊙ 10 141 9 1626 4342 10 2 ⊙ 3 251 10 1504 4343 11 3 ⊙ 4 252 11 1642 “ 12 5 ⊙ 6 254 12 1750 “ 13 6 ⊙ 7 255 13 1764 “ 14 7 ⊙ 8 256 14 1772 “ 15 8 ⊙ 9 257 15 1775 “ 16 9 ⊙ 10 258 16 1776 “ 17 1 ⊙ 4 469 17 1 156 “ 18 2 ⊙ 5 470 18 1467 “ 19 3 ⊙ 6 471 19 1633 “ 20 4 ⊙ 7 472 20 1715 “ 21 5 ⊙ 8 473 21 1746 “ 22 6 ⊙ 9 474 22 1763 “ 23 1 ⊙ 3 509 23 1063 “ 24 4 ⊙ 6 512 24 1706 “ 25 5 ⊙ 7 513 25 1743 “ 26 6 ⊙ 8 514 26 1761 “ 27 7 ⊙ 9 515 27 1770 “ 28 8 ⊙ 10 516 28 1774 “ 29 1 ⊙ 6 859 29 1 127 “ 30 2 ⊙ 7 860 30 1453 “ 31 3 ⊙ 8 861 31 1625 “ 32 4 ⊙ 9 862 32 1712 “ 33+ 5 ⊙ 10 863 33 1745 “ 34+ 4 ⊙ 10 950 34 1713 “ 35+ 1 ⊙ 7 947 35 1 134 “ 36+ 2 ⊙ 8 948 36 1456 “ 37+ 4 ⊙ 10 950 37 1713 4343 沈阳理工大学学士学位论文 17 / 62 P 码（ Precise Code）是卫星的精测码，码速率为 MHz，它是由两组各有两个12 级反馈移位寄存器结合产生的，其基本原理与 C/A 码相似，但其线路设计细节远比C/A 码复杂，且严格保密。 这四个移位寄存器称为 X1A， X1B， X2A， X2B。 图 示出了这种移位寄存器方案的详细 方框图。 图中未包括用于设定或读出移位寄存器和计数器相位状态所必须的控制。 图 P 码发生器 12 级反馈移位寄存器产生的 m 序列的码元总数为 2121=4095，采用截短法将两个12 级 m 序列截短为一周期中码元数互为素数的截短码。 所有 4 个反馈移位寄存器的自然周期都是按如下方式截短的： X1A 和 X2A 在 4092 个基码之后复位，去掉了它们自然的 4095 个基码序列的最后 3 个基码，寄存器 X1B 和 X2B 再 4093 个基码后复位，去掉了它们自然的 4095 个基码的最后 2 个基码， .这就导致 X1B 序列的相位相对于 X1A 学列在每一个 X1A寄存器循环都滞后一个基码。 结果在 X1A 和 X1B之间有相对相位移动。 在 X2A 和 X2B 之间也发生类似的相位移动。 在 GPS 星期的起始点所有移位寄存器均置沈阳理工大学学士学位论文 18 / 62 于初始状态。 在每个 X1A 时元的末尾， X1A 移位寄存器也复位到其初始状态。 在每个X1B 时元的末尾， X1B 移位寄存器 复位到其初始状态。 在每个 X2A 时元的末尾， X2A移位寄存器复位到其初始状态。 在每个 X2B 时元的末尾， X2B 移位寄存器复位到其初始状态。 A 和 B 移位寄存器的输出（第 12 级）用异或电路合并起来，由 X1A⊕ X1B 导出 X1 序列，由 X2A⊕ X2B 导 出 X2 序列。 X2 序列被延迟 i 个基码（相应与 SVi）以形成 X2i。 SVi 的 P 码是 Pi=X1⊕ X2i。 在 X1A 产生了 4092 个码片的时候 , X1A 完成了一个周期 , 并产生了一个脉冲SETX1AEPOCH 使 X1A 复位 , X1B 则需要产生 4093 个码片时才 产生脉冲SETX1BEPOCH. 当 X1B 输出了 3749 个周期的时候 , 它停止移位 , 等待 X1A 输出了3750 个周期后对它发送重新启动的信号 . 在 X1A 完成了 3750 个周期后 , 它又产生 了一个叫做 X1EPOCH 的脉冲 . 所以 , 在每一个 X1EPOCH 周期中 , X1B 要停止并等待X1A 4092 3749= 343 个码片的时间 . X2A 和 X2B 的工作过程与 X1A 和 X1B 的工作过程类似 . 同时 X2A 每经历 3750 个周期后都要比 X1A 滞后 37 个时钟周期 . X1B, X2A, X2B 这 3 个线性反馈移位寄存器都要参照 X1A。 表 GPS 码发生器多项式和初始状态 在将 X1A 和 X1B 通过模二相加或波形相乘，得到周期为 40924093 的长周期码。 再对乘积码截短，截出周期为 、码元数 N1=106的 X1。 同样的方法，在另外一组中，两个 12 级移位寄存器产生 X2，只是 X2 码比 X1 码周期略长一些。 总之，两个子码 N1和 N2均是由两个 12 级移位寄存器产生的截短码。 其码速率均为 Mb/s， N2的码长比 N1的多 37 个码元。 两个子码的码长分别为： （ ） （ ） 因此 P 码的码元数为： （ ） 661 10 .23 10 15 .34 5 10N     62 15 .3 45 10 37 ( )Nb  )( 1421 bNNN 沈阳理工大学学士学位。