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信噪比、L2C碼與載波

1、信噪比

信噪比(signal-to-noise ratio)是描述信号中有效成分與噪聲成分的比例關系參數。

不同的應用領域有不同的具體定義。較常見的有以下兩種:

(1)額定最大信号功率與無信号時靜态噪聲功率之比;

(2)信号中有效成分的功率與噪聲成分功率之比。

機關都是dB。

"噪聲"的廣義的定義就是:“在處理過程中裝置自行産生的信号”,這些信号與輸入信号無關。

以dB計算的信号最大保真輸出與不可避免的電子噪音的比率。該值越大越好。低于75dB這個名額,噪音在寂靜時有可能被發現

以上參考自百科。

2、L2C碼與L2載波

L2C碼:

GPS現代化的一個主要措施是在L2頻道上增加第二民用碼,即L2C碼,其應用意義主要有:

①保證高精度使用者可以直接擷取L2信号而不是微弱的半波長跟蹤技術,信号強度将得到大大提高;

②L2載波上調制L2C碼可以更好地消除電離層延遲誤差,具有更強的信噪比以及更低的多路徑效應影響

L2C碼相對于L1 C/A碼多了無資料通道,是在L2拼點中增加的,并且兩種碼分時複用(TDM時分複用信号結構),但是他們碼速率相同。

L2C碼是由CM (Moderate Length)碼和CL(Long Length)碼交替出現構成的:

CM碼為中長碼,碼長為10230bit,周期20ms,碼速率為511550bit/秒;

CL碼為長碼,碼長為767250bit,周期1.5s,碼速率也為511550bit/秒。

載波:

載波是一種特定頻率的無線電波,它能将經過調制的僞碼和資料碼以正弦波的形式播發出去,是以可把它視為GPS衛星信号的最底層。

每顆GPS衛星用兩個L波段頻率(即L1和L2)發射載波無線電信号,其中載波L1的頻率f1為1575.42MHz,載波L2的頻率f2為1227.60MHz。這兩個載波頻率屬于特高頻(UHF)波段,而特高頻波段在電磁波頻譜中的位置見圖。

信噪比、L2C碼與載波

對于任一載波,它的頻率與f波長λ存在如下關系: λ = c/f

其中c為光在真空中的速度,其值約等于3×108m/s。根據這一關系就可以推算出載波L1的波長λ1約為19cm,而L2的波長λ2約為24.4cm。

GPS衛星的測距信号和導航電文都屬于低頻信号,GPS衛星軌道較高,其電能緊張,很難将信号傳輸到地面,是以隻能将低頻信号加載到高頻載波上。

注:在數字通訊技術中,為了有效地傳播資訊,一般均将低頻信号加載到高頻信号上,這時原低頻信号稱為調制信号,而加載信号後的載波就成為已調波。然而,GPS信号調制,是采用調相技術實作的。

GPS測距碼信号和資料碼信号都是以二進制數為碼元的時間序列,有信号波形u(t)和信号序列{u}兩種表述方式,分别以碼狀态±1和碼值{0,1}表示:如果當碼值取0時,對應的碼狀态取+1,而碼值取1時,對應碼狀态取-1 。

實作碼信号與載波信号的調制隻需要将碼狀态與載波相乘即可。當碼狀态+1與載波相乘時,顯然不會改變載波的相位;而當碼狀态取-1與載波相乘時,載波相位改變180度。這樣,當碼值由0變為1,或由1變為0時,都會使調制後的載波相位改變180度,稱為相位躍遷。

(1)在L1載波上,調制有C/A碼、P碼(或Y碼)的資料碼;

信噪比、L2C碼與載波

(2)在L2載波上,隻用P碼進行雙相調制。

信噪比、L2C碼與載波

AP,BP,AC分别為P碼和C/A碼的振幅;Pi(t),C i(t)分别為精測距碼(P碼)和粗測距碼(C/A碼);D i(t)為衛星電文資料流;ωL1,ωL2為載波和的角頻率;φ1,φ2為信号的起始相位。

GPS工作所需的信号按下圖合成,然後向全球發射,形成現在随時随地都能接收到的信号。

信噪比、L2C碼與載波

GPS定位時,使用者接收機收到的GPS衛星信号是一種調制波,将接收到的調制波中分離出測距碼信号、導航電文信号以及純淨的載波信号,稱之為信号的解調。信号的解調主要包括碼相關解調技術和平方解調技術。

1.碼相關解調技術

用接收機産生的複制碼信号,在同步條件下與衛星發射的測距碼信号相乘。複制碼信号和測距碼信号在經過碼相關時延差後可實作完全同步,原先因乘-1而改變的相位,現在又因再乘-1而得到恢複。由于GPS信号接收機不可能複制出導航電文,經過碼相關解調技術處理後的載波信号,仍含資料碼D(t)。

在采用相關型波道的GPS信号接收機内通常設定有僞噪聲跟蹤電路,該電路的功能就是應用碼相關解調技術實作信号的解調。若要進一步提取資料碼信号D(t),在接收機通道内需設定一載波跟蹤環路,該電路可使由接收機石英鐘壓控振蕩器産生的本地載波信号與上述解頻而獲得純淨的資料碼,解釋後便得導航電文。

2.平方解調技術

由于處于±1狀态的調制碼信号經平方後均為+1,而不改變載波相位,是以衛星信号平方後可達到解調的目的。

當使用者接收到GPS衛星信号後,首先通過變頻得到一相同結構的中頻信号,該信号自乘後可消去載波上的測距碼信号和資料碼信号,達到解調的目的。由于消去了資料碼,該技術不能用來恢複導航電文。

參考

基于IGS 的L2C 信号跟蹤站資料驗證了具有L2C 碼的衛星的L2 載波的信噪比高于沒有L2C 碼的衛星的L2 載波的信噪比,L2 載波恢複的資料品質更好。