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什么是GPS导航讯号?

   日期:2013-03-26     来源:中国测控网    

针对 C/A 码来说,导航讯号是由数据的 25 个框架(Frame) 所构成,而每个框架则包含 1500 个位 [2]。此外,每组框架均可分为 5 组 300 个位的子框架。当接收器撷取 C/A 码时,将耗费 6 秒钟撷取 1 个子框架,亦即 1 个框架必须耗费 30 秒钟。请注意,其实某些较为深入的量测作业,才有可能真正花费 30 秒钟以撷取完整框架;我们将于稍后讨论之。事实上,30 秒钟仅为撷取完整框架的平均最短时间;系统的首次定位时间 (TTFF) 往往超过 30 秒钟。

为了进行定位作业,大多数的接收器均必须更新卫星星历 (Almanac) 与星历表 (Ephemeris) 的信息。该笔信息均包含于人造卫星所传输的讯号数据中,,而每个子框架亦包含专属的信息集。一般来说,我们可透过子框架的类别,进而辨识出其中所包含的信息 [2][7]:

Subframe 1: 包含时序修正 (Clock correction)、精确度,与人造卫星的运作情形

Subframes 2-3: 包含精确的轨道参数,可计算卫星的确实位置

Subframes 4-5: 包含粗略的卫星轨道数据、时序修正,与运作信息。

而接收器必须透过卫星星历与星历表的信息,才能够进行定位作业。一旦得到各组卫星的确实距离,则高阶 GPS 接收器将透过简单的三角表达式 (Triangulation algorithm) 回传位置信息。事实上,若能整合虚拟距离 (Pseudorange) 与卫星位置的信息,将可让接收器精确识别其位置。

不论是使用 C/A 码或 P 码,接收器均可追踪最多 4 组人造卫星,进行 3D 定位。追踪人造卫星的过程极为复杂,不过简单来说,即是接收器将透过每组卫星的距离,估算出自己的位置。由于讯号是以光速 (c),或为 299,792,458 m/s 行进,因此接收器可透过下列等式计算出与人造卫星之间的距离,即称为「虚拟距离 (Pseudorange)」

接收器必须将卫星所传送的讯号数据进行译码,才能够获得定位信息。每个卫星均针对其位置进行广播 (Broadcasting),接收器跟着透过每组卫星之间的虚拟距离差异,以决定自己的确实位置 [8]。接收器所使用的三角量测法 (Triangulation),可由 3 组卫星进行 2D 定位;4 组卫星则可进行 3D 定位。

 
标签: GPS导航
  
  
  
  
 
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