GPS卫星信号（三）：载波与其调制、解调
GPS卫星信号（三）：载波与其调制、解调
卫星导航算法与编程技术
GPS卫星信号（三）：载波与其调制、解调
一．GPS卫星的基准频率f0
&&&&定义：基准频率由卫星上的原子钟直接产生，频率为10.23MHz，卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频。
二．载波信号
1.定义：载波是一种特定频率的无线电波，它能将经过调制的伪码和数据码以正弦波的形式播发出去，所以可把它视为GPS卫星信号的最底层。
每颗GPS卫星用两个L波段频率（即L1和L2）发射载波无线电信号，其中载波L1的频率f1为1575.42MHz，载波L2的频率f2为1227.60MHz。这两个载波频率属于特高频（UHF）波段，而特高频波段在电磁波频谱中的位置见图。对于任一载波，它的频率与f波长λ存在如下关系：&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &λ&=&c/f&&
其中c为光在真空中的速度，其值约等于3×108m/s。根据这一关系就可以推算出载波L1的波长λ1约为19cm，而L2的波长λ2约为24.4cm，与上面基准频率得出的吻合。
2.为什么要用到载波
GPS卫星的测距信号和导航电文都属于低频信号，GPS卫星轨道较高，其电能紧张，很难将信号传输到地面，所以只能将低频信号加载到高频载波上。
3.载波的优点：
&**减少拥挤，避免干扰
&**适用于扩频，传送宽带信号
&**卫星高轨运行，能获得较大的多普勒频移
&**大气衰减小，有益于研制用户设备
三．伪码、数据码与载波的长度关系
C/A码（或P码）是GPS信号中最重要的一层，其目的之一是用来实现码分多址，目的之二是用来测距，但这种结构固定的伪码必然不能传递任何导航电文数据信息。数据码是GPS信号的第二个层次，它是一列载有导航电文的二进制码。数据码的码率为50比特每秒（即50bps），它采用不归零制的二进制编码方式，产生主峰频宽为100Hz的数据脉冲信号。
&&&&为了区别同时二进制的数据码与伪码，所以下面尽量使用“比特”来表示数据码的0或1；而用“码片”来表示伪码的一个0或1。虽然比特包含有数据信息，而码片没有，但如果仅仅比较一比特与一码片，那么两者之间其实只是码宽不同而已。50bps的数据码码宽Td为20ms，相当于长约6000m。因为C/A码每1ms重复一周期，而数据码一个比特持续20ms，所以在每一数据比特期间C/A码重复20周。需要指出的是，每个数据码比特发生沿时刻均与C/A码的第一个码片发生沿重合。下图描述了伪码、数据码与载波的长度关系：
四．卫星信号的调制
1.概念：在数字通讯技术中，为了有效地传播信息，一般均将低频信号加载到高频信号上，这时原低频信号称为调制信号，而加载信号后的载波就成为已调波。
&&&&&然而，GPS信号调制，是采用调相技术实现的。
2.GPS测距码信号和数据码信号都是以二进制数为码元的时间序列，有信号波形u（t）和信号序列{u}两种表述方式，分别以码状态±1和码&#2}表示：如果当码值取0时，对应的码状态取+1，而码值取1时，对应码状态取-1&。这边引入模二和
&运算规则：1&+&1&=&0；&1&+&0&=&1；&0&+&1&=&1；0&+&0&=&0
&二进制信号：“1”表示二进制“0”，“-1”表示二进制“1”，则
&&&&&&&&&&&&&-1&×&-1&=&1；-1&×&1&=&-1；&1&×&-1&=&-1&；1&×&1&=&1
3.相位跃迁
&&实现码信号与载波信号的调制只需要将码状态与载波相乘即可。当码状态+1与载波相乘时，显然不会改变载波的相位；而当码状态取-1与载波相乘时，载波相位改变180度。这样，当码值由0变为1，或由1变为0时，都会使调制后的载波相位改变180度，称为相位跃迁。
&&&&4.卫星信号调制原理
在L1载波上,调制有C/A码、P码（或Y码）的数据码，完整的信号结构为：
在L2载波上，只用P码进行双相调制，其信号结构为：
上述式子中，AP，BP，AC分别为P码和C/A码的振幅；Pi（t），C&i（t）分别为精测距码（P码）和粗测距码（C/A码）；D&i（t）为卫星电文数据流；ωL1，ωL2为载波和的角频率；
φ1，φ2为信号的起始相位。
&&&&&&根据这一原理，GPS工作所需的信号按下图合成，然后向全球发射，形成现在随时随地都能接收到的信号。对用户而言，最感兴趣的是测距码和数据流（导航电文）。
五．GPS卫星信号的解调
GPS定位时，用户接收机收到的GPS卫星信号是一种调制波，将接收到的调制波中分离出测距码信号、导航电文信号以及纯净的载波信号，称之为信号的解调。信号的解调主要包括码相关解调技术和平方解调技术。
1.码相关解调技术
&&&&&&用接收机产生的复制码信号，在同步条件下与卫星发射的测距码信号相乘。复制码信号和测距码信号在经过码相关时延差后可实现完全同步，原先因乘-1而改变的相位，现在又因再乘-1而得到恢复。由于GPS信号接收机不可能复制出导航电文，经过码相关解调技术处理后的载波信号，仍含数据码D（t）。
&&&&&&在采用相关型波道的GPS信号接收机内通常设置有伪噪声跟踪电路，该电路的功能就是应用码相关解调技术实现信号的解调。若要进一步提取数据码信号D（t），在接收机通道内需设置一载波跟踪环路，该电路可使由接收机石英钟压控振荡器产生的本地载波信号与上述解频而获得纯净的数据码，解释后便得导航电文。
&&&&&2.平方解调技术
&&&&&&由于处于±1状态的调制码信号经平方后均为+1，而不改变载波相位，所以卫星信号平方后可达到解调的目的。
&&&&&&当用户接收到GPS卫星信号后，首先通过变频得到一相同结构的中频信号，该信号自乘后可消去载波上的测距码信号和数据码信号，达到解调的目的。由于消去了数据码，该技术不能用来恢复导航电文。
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即使是一小步也想与你分享&主题：不懂就问，为啥小小的GPS都能轻松接受卫星信号，接受卫星电视却要支个大锅？
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不懂就问，为啥小小的GPS都能轻松接受卫星信号，接受卫星电视却要支个大锅？
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智能机的定位不仅仅通过GPS,应用调用定位API后，系统有很多方法知道粗略方位，比如通过IP地址都能得到不错的位置信息。而且谷歌收集了大量的Wifi AP数据，终端上报看到的wifi信号，不用接入ap,网络就能从数据库里推算出很精确的位置。这就是在需要定位的时候，系统会提示开启wifi,即使不用wifi上网。现在的智能机在室内也可以得到精度在数百米的位置。
有了粗略的位置，云端可以通过数据通道把星历发过来，而不一定使用AGPS。这就是为什么现在的智能机在绝大多数情况下可以秒定的原因。
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同理，灯塔的灯光只要那么一丁点就可以导航了；想看报纸？那么远的距离得挂个小太阳才够用。
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我是来拜服各位专业人士的。真是长姿势啊。
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楼主考虑数据的传输量了吗
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现在对于自己不熟悉的技术领域，俺的指导思想就是存在即合理。
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滋肾包菜 发表于
**** 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽 ****很专业。
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悲剧原因 发表于
没有GPRS，船上的有也没用，海上又没有信号。我怀疑你的机器关机并不全部断电，而是保留了GPS的接收功能，你有测过电池关机时的供电电流或者看过说明书吗？
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董方 发表于
你的海图机有GPRS吗，有的话星历开机瞬间就能下载完毕，即使没有GPRS，这类机器里的锂电也能存贮近期的星历，只要距离上次开机不要太久（2周内），定位也是很快的。还有新近有不少能同时接收（GPS，伽利略，格洛纳斯，北斗，天顶星）中两个或多个的接收机，是不是这样也能加快定位时间？没有GPRS，船上的有也没用，海上又没有信号。
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悲剧原因 发表于
俺的海图机任何时候任何地方，开机秒定，又是为啥？你的海图机有GPRS吗，有的话星历开机瞬间就能下载完毕，即使没有GPRS，这类机器里的锂电也能存贮近期的星历，只要距离上次开机不要太久（2周内），定位也是很快的。还有新近有不少能同时接收（GPS，伽利略，格洛纳斯，北斗，天顶星）中两个或多个的接收机，是不是这样也能加快定位时间？
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十五年前装GPS接收机，1U的标准主机，天线拳头大小。天线要求四周开阔，无遮挡。仅仅只需要gPS的时钟信号用于同步。
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GPS和卫星电视比,相当于开闪光灯拍张照片和打开碘钨灯拍段视频.
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带宽啊！！！！！功率啊！！！！！
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俺的海图机任何时候任何地方，开机秒定，又是为啥？
董方 发表于
星历，顾名思义就是GPS卫星的历法，也就是卫星的飞行轨迹等信息。
没有AGPS之前，冷启动的GPS接收器，星历只能从GPS卫星上以很慢的速度下载，没干扰的话（但实际不容易实现、尤其是移动中）平均1分30秒能下完。
AGPS是直接走基站去GPS的地面服务器要星历，而且一次拿14天的，这个和你所在的地域关系。即使之后没有再连服务器，只要14天里再次开机，星历就仍旧有“部分”有用的东西（星历的有效性是随时间退变的，一天比一天不准）。
还有一点就是手机定位了，GPS接收器开机后定位是“渐进明细”的，没有手机定位时，它只能依靠上次成功定位时保存的位置信息大约估算当前的位置，然后再通过接收卫星信号缩小定位范围。这也就是GPS接收器关机后，移动很远再开机，GPS接收器为什么要花很久才能定位的原因了。但iphone有手机定位，其上的GPS接收器没开机就已经知道自己的大约位置了，再加上预存的星历，精确定位当然快了。
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注册: 2007年03月
星历，顾名思义就是GPS卫星的历法，也就是卫星的飞行轨迹等信息。
没有AGPS之前，冷启动的GPS接收器，星历只能从GPS卫星上以很慢的速度下载，没干扰的话（但实际不容易实现、尤其是移动中）平均1分30秒能下完。
AGPS是直接走基站去GPS的地面服务器要星历，而且一次拿14天的，这个和你所在的地域关系。即使之后没有再连服务器，只要14天里再次开机，星历就仍旧有“部分”有用的东西（星历的有效性是随时间退变的，一天比一天不准）。
还有一点就是手机定位了，GPS接收器开机后定位是“渐进明细”的，没有手机定位时，它只能依靠上次成功定位时保存的位置信息大约估算当前的位置，然后再通过接收卫星信号缩小定位范围。这也就是GPS接收器关机后，移动很远再开机，GPS接收器为什么要花很久才能定位的原因了。但iphone有手机定位，其上的GPS接收器没开机就已经知道自己的大约位置了，再加上预存的星历，精确定位当然快了。
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注册: 2003年03月
巴拉盖 发表于
没有A-GPS导航仪，很久不开，换了个地方10几秒也定位了，什么道理呢？碰巧GPS信号很好。。。GPS设备都是靠天吃饭的，再牛的设备信号不好的时候都没辙；再一般的设备碰到信号好的时候，定位都不会太慢
泡网分: 13.584
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注册: 2009年05月
巴拉盖 发表于
没有A-GPS导航仪，很久不开，换了个地方10几秒也定位了，什么道理呢？楼下有人回答了，可能是只需要更新一部分就可以了，或者先用旧的星历粗略地定一下位（相对使用最新星历的情况）。
泡网分: 30.307
帖子: 1526
注册: 2002年12月
10几年前的GPS也要天线的。
泡网分: 46.853
帖子: 5422
注册: 2002年07月
这么说是接收芯片先进了。
ipad4G（不插卡）的定位速度，比IPHONE4快多了，通常十秒内搞定。
这个是IPAD玩点之一。
泡网分: 24.484
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注册: 2006年11月
巴拉盖 发表于
1000公里以上。不需要这么久,除非接收条件不好,一般来说超过1000公里,星历就要全部更新,停止2小时以上也要全部更新,同一地点,同一时间,天线好的条件下几十秒,不好的话几分钟,天线非常重要, 试过不下5种有源天线,国产的居然比台湾的大牌子灵敏度高好多,具体数据不记得了
泡网分: 52.123
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luckcat 发表于
看地方相隔多远了，如果不远的话是很快的。隔几百公里以上，就需要重新计算星历了，要等很久，通常是十几分钟。1000公里以上。
泡网分: 31.735
帖子: 3189
注册: 2004年08月
巴拉盖 发表于
没有A-GPS导航仪，很久不开，换了个地方10几秒也定位了，什么道理呢？看地方相隔多远了，如果不远的话是很快的。隔几百公里以上，就需要重新计算星历了，要等很久，通常是十几分钟。
泡网分: 0.463
帖子: 1347
注册: 2009年12月
巴拉盖 发表于
现在有60多颗，我还以为24颗+颗备用。哈，是我记错了，现在有32颗，6个轨道。现在打开手机，经常能跟踪到十几颗卫星，说明芯片至少能同时接收10几颗卫星的信号。10秒内蒙对三个，概率还是很大的。 本帖最后由 滋肾包菜 于
10:55 编辑
泡网分: 52.123
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注册: 2002年10月
滋肾包菜 发表于
芯片比较厉害吧，如果能同时跟踪几十颗卫星的信号，总共也就60颗卫星，瞎蒙也能蒙对三个。现在有60多颗，我还以为24颗+颗备用。
泡网分: 52.123
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注册: 2002年10月
house191 发表于
第一次下载了电文，后面启动的时候就不用从头下载一次，更新一部分就行。除非两次地方离得很远，比如飞到欧洲去开机。现在的机器似乎高级很多，原来手机没gps的时候，我买的外置模块。上海关机了山东开机都要从头来一遍。我10年前的gamin etrax隔了几千公里开机定位要很久，现在200-300的导航就不会，很快。
泡网分: 0.463
帖子: 1347
注册: 2009年12月
巴拉盖 发表于
没有A-GPS导航仪，很久不开，换了个地方10几秒也定位了，什么道理呢？芯片比较厉害吧，如果能同时跟踪几十颗卫星的信号，总共也就60颗卫星，瞎蒙也能蒙对三个。
泡网分: 0.463
帖子: 1347
注册: 2009年12月
本质上都是由香农定理决定的，直观点说：
1、卫星高度不一样，GPS是低轨卫星，高度2万公里，转播电视信号的卫星是同步通讯卫星，轨道高度3.6万公里。无线信号的衰减是和距离的平放成正比。
2、发射功率不一样，卫星靠太阳能供电，总发射功率有限，GPS卫星只发射两个频率的信号，而通讯卫星发射的信号频率几十个，分配到每个频率上的发射功率就比较小了。
3、调制方式不一样，GPS 采用CDMA调制，调制方式对信噪比就有n DB的增益。而卫星的调制方式对信噪比要求比较高。
泡网分: 11.289
注册: 2008年07月
gps有多少颗星， 转播电视节目的星又有多少
泡网分: 6.811
帖子: 4855
注册: 2010年11月
巴拉盖 发表于
没有A-GPS导航仪，很久不开，换了个地方10几秒也定位了，什么道理呢？
...第一次下载了电文，后面启动的时候就不用从头下载一次，更新一部分就行。除非两次地方离得很远，比如飞到欧洲去开机。现在的机器似乎高级很多，原来手机没gps的时候，我买的外置模块。上海关机了山东开机都要从头来一遍。
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注册: 2002年10月
eaglewatch 发表于
GPS信号中，C/A码的码速率仅有1.023Mbps，P码高一个数量级是10.23Mbps。但这只是伪随机码的广播速度，包含时间、星历等信息的导航电文是调制在这两种码上的，广播速度只有50bps。慢自然就可以天线小一些。现在很多手机什么的搜星快是因为有A-GPS，直接用数据连接来下载导航电文，显得搜星很快。如果是从头从卫星下载电文的冷启动，需要十几分钟。没有A-GPS导航仪，很久不开，换了个地方10几秒也定位了，什么道理呢？ 本帖最后由 巴拉盖 于
08:50 编辑
泡网分: 46.853
帖子: 5422
注册: 2002年07月
eaglewatch 发表于
GPS信号中，C/A码的码速率仅有1.023Mbps，P码高一个数量级是10.23Mbps。但这只是伪随机码的广播速度，包含时间、星历等信息的导航电文是调制在这两种码上的，广播速度只有50bps。慢自然就可以天线小一些。现在很多手机什么的搜星快是因为有A-GPS，直接用数据连接来下载导航电文，显得搜星很快。如果是从头从卫星下载电文的冷启动，需要十几分钟。为什么我的IPAD　4G版断开网络，搜星才几秒就定位？前关GPS是在A位，数天后重开机是在B位。
&版权所有：&&桂ICP备号&增值电信业务经营许可证E路航打开GPS信息后信号状态是无效,但-中国学网-中国IT综合门户网站
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E路航打开GPS信息后信号状态是无效,但
来源：互联网 发表时间： 19:13:10 责任编辑：李志喜字体：
为了帮助网友解决“E路航打开GPS信息后信号状态是无效,但”相关的问题，中国学网通过互联网对“E路航打开GPS信息后信号状态是无效,但”相关的解决方案进行了整理,用户详细问题包括:RT,我想知道:E路航打开GPS信息后信号状态是无效,但是可视卫星总数是11个或者12个使用卫星数量是0 纬度经度也有怎么回事，具体解决方案如下：解决方案1：GPS端口不对，你说有卫星颗数是显示的卫星颗数，不过没有锁定这些卫星！极有可能是你的地图的端口不对，修改一下端口或者重新下个其他的地图试试解决方案2：请问端口和波特率在哪修改。谢谢
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GPS信息无效及信号状态无效常见问题
GPS信息无效及信号状态无效常见问题
时间：浏览： 次责任编辑：四川拓图测绘仪器
信息无效及GPS信号状态无效
GPS信号状态无效故障
对于一些GPS设备，在GPS信息中的信号状态无效故障一般都出在端口设置上面，下面介绍下如果查看自己GPS设备的端口以及修改设置以便解决问题。
1、可以用Resinfo工具，检测一下自己GPS设备的端口和速率，根目录下面有个TXT文件，里面有端口和波特率，修改相应的端口、速率，一般就可以很快解决问题。
2、使用MGPSCMD软件也可以快速解决问题，下载的程序里面会自带更改端口程序。
信息标题：GPS信息无效及信号状态无效常见问题
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四川省：成都、自贡、攀枝花、泸州、德阳、绵阳、广元、遂宁、内江、乐山、南充、眉山、宜宾、广安、达州、雅安、巴中、资阳、阿坝、甘孜、凉山。