SA和AS
GPS卫星信号质量
➢ dB,dBm,dBW
GPS卫星信号质量
GPS卫星天线的发射功率为478.63W， P = 10log10(478.63) = 26.8dBW。
如果接收天线具有单位增益，则信号在自 由空间的衰减（Free-space Loss）为
载波波长 F ( )2 ( 0.19 )2 5.731019 182.4dBW
Incoming code
Generated code
Correlation 01 23 45 67
SA和AS
SPS与PPS
SPS ： 标准定位服务，使用C/A码，民用 PPS ：精密定位服务，可使用P码，军用
SA(Selective Availability )
选择可用性（Selective Availability ）：人为降低普通 用户的测量精度。
GPS卫星信号质量
SNR 130dBm (111dBm) 19dB/2MHz
GPS卫星信号质量
接收机灵敏度是指接收机所能检测的最低输入信号功 率，通常以dBm为单位。为评估接收机基带算法的性能， 使用与带宽无关的噪声功率谱密度（1Hz带宽上的噪声功 率）来表示噪声，此时的信噪比指的是载波-噪声功率谱 密度之比C/N0（dB/Hz），简称载噪比。因此，可计算的 噪声功率谱密度为
方法 ε技术：轨道加绕（长周期，慢变化） δ技术：星钟加绕（高频抖动，短周期，快变化）
AS (Anti-Spoofing)
反电子欺骗：P码加密，P+W＝Y
美国政府于1991年7月1日实施SA技术，2000年5月2日解除
SA和AS
带SA和AS的GPS信号产生过程
SA和AS
SA和AS
SA对定位精度的影响
信号强度（dBm） C/N0（dB/Hz）
-120dBm
54
-125dBm
49
-130dBm
44
-135dBm
39
-140dBm
34
-145dBm
29
-150dBm
24
-155dBm
19
-160dBm
14
信噪比（dB/2MHz）
-9 -14 -19 -24 -29 -34 -39 -44 -49
导航电文
➢ 监测站:接收卫星数据，采集气象信息，实时监测卫 星， 并将收集到的数据传送给主控站。 地点：夏威夷、科罗拉多州法尔孔空军基地、阿松森群 岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）、卡瓦加兰（太 平洋）。
➢ 注入站:将导航电文注入GPS卫星。 地点：阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度 洋）、卡瓦加兰 （太平洋）。
接收机分类（载波频率）
➢ 单频接收机：单频接收机只能接收L1载波信号， 不能消除电离层误差;
➢ 双频接收机：双频接收机可以同时接收L1、 L2载波信号。利用不同频率对电离层延迟的差 别，可以消除电离层延迟的影响 。
单频接收机
双频接收机
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（通道数）
➢ 多通道接收机 ➢ 序贯通道接收机 ➢ 多路多用通道接收机
PThermalNoise 10log10 (kT 0.001) 174dBm/Hz
S C/N0 PThermalNoise 130dBm (174dBm) 44dB/Hz
GPS卫星信号质量
条件
室外直射 室外高仰角 室外中仰角 室外低仰角/室内极强信号 室外极低仰角/室内强信号 室内中等强度信号 室内弱信号 室内微弱信号 室内极弱信号
GPS卫星信号
011 1
GPS卫星信号
Carrier wave
C/A and Data stream
Carrier and data
1 data bit 12m0sms
GPS卫星信号
GPS卫星信号
Amptitude
8
x 10 8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Frequency(Hz)
6
x 10
GPS卫星信号
载波L1
C/A码 D码 (导航电文) P码
载波L2
相移90°
Ci (t)
Di (t)
Ci (t)Di(t) Pi (t)Di (t)
Pi (t)
基准时钟
模2加法器
调制器 信号合成器
GPS卫星信号
C/A码自相关
Rc
(
)
1 1023Tc
1023
C(t)C(t
t 0
)dt
Rc
(
)
GPS卫星信号
C/A码产生
GPS卫星信号
P码（Precise Code）
由两组12级反馈移位寄存器产生； 码率：10.23MHz； 周期：7天； 1周期含码元数：6187104000000； 码元宽度：29.30m； 被调制在L1和L2上。
带宽是扩频码 频率的2倍
C/A码和P码的频谱
GPS卫星信号
GPS系统组成及各部分作用
➢GPS卫星作用
▪ 接收、存储导航电文 ▪ 生成并发送用于导航定位的信号 ▪ 接受地面指令，进行相应操作 ▪ 其他特殊用途
➢主要设备
▪ 太阳能电池板 ▪ 原子钟 ▪ 信号生成与发射装置
GPS系统组成及各部分作用
项目
卫星数 发射时间
用途 寿命（年） 重量（kg）
时标
SA 能力 AS 能力 独立操作（天） 卫星通讯能力 星间通讯能力 每天注入次数
内置SiRF第三代20通 道高灵敏度接收机
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（工作原理）
➢ 码相关型接收机：利用码相关技术得到伪距观测 值； ➢ 平方型接收机：利用载波信号的平方技术去掉调制信
号，来恢复完整的载波信号，通过相位计测定接收机 内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差， 测定伪距观测值； ➢ 混合型接收机：综合上述两种接收机的优点，既可以 得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值； ➢ 干涉型接收机：将GPS卫星作为射电源，采用干涉测 量方法，测定两个测站间距离。
0 Degrees Latitude - Equator
Probability
35
30
25
20
15
10
5
0
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13
Number of Satellites in View
35 Degrees Latitude
Probability
Probability
35
30
25
20
15
第一代 BlockⅠ
BlockⅡ
第二代 BlockⅡA
11 1978~1985
试验性 5 774
一台铯钟和二 台铷钟 无 无 14 无 无 3
9 1989~1990 正式工作
7.3 845 二台铯钟和二台 铷钟 有 有 14 无 无 1
19 1990~1997 正式工作
7.3 845 二台铯钟和二 台铷钟 有 有 180 有 无 <1
BlockⅡR
22 1997~ 改进 GPS 系统
7.8 1075
三台铷钟
有 有 180 有 有 <1
GPS系统组成及各部分作用
GPS系统组成及各部分作用
GPS系统组成及各部分作用
GPS系统组成及各部分作用
GPS地面监控系统
空间段
监测站
主控站
注入站
主控站：1个; 监测站：6个;注入站：4个; 通讯与辅助系统。
GPS系统组成及各部分作用
用户设备 GPS接收机
Trimble GPS Patch Antenna
GPS系统组成及各部分作用
接收机分类（用途）
车载型——用于车辆导航定位； 航海型——用于船舶导航定位； 航空型——用于飞机导航定位; 星载型——用于卫星导航定位; 测地型——用于大地测量。
GPS系统组成及各部分作用
1
1 Tc
Tc
1、
0630.0616 Tc (L 1)Tc
1023
- 65 0.0635、- 1 0.001
1023
1023
GPS卫星信号
C/A码互相关
抗白噪声干扰 抗窄带干扰
63 0.0616、- 1 0.001、- 65 0.0635
1023
1023
1023
GPS卫星信号
21+3 6 55° 60° 11h58min 20200
GPS卫星星座
GPS系统组成及各部分作用
GPS星座的卫星分布
GPS系统组成及各部分作用
GPS卫星24小时的运行轨道图
GPS系统组成及各部分作用
可见卫星数量
60
50
40
30
20
10
0
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13
Number of Satellites in View
遥测字和转换字
GPS中完整的Z计数由P码发生器中的X1寄存器产生，共有29位，可用于快速 捕获P码。其中的低19位表示星期时间（Time Of Week, TOW），周期为1.5秒， 计数范围为0~403199；高10位表示GPS星期数（Week Number, WN），计数范围 为0~1023，表示自1980年1月6日零时至当前时刻所经历的星期数，每经过1024个
时钟频率 10.23MHz
154
L1 1575.42MHz
10
C/A 码 1.023MHz