GPS定位器：導(dǎo)航儀的定位原理
GPS 的定位是利用衛(wèi)星基本三角定位原理，GPS 接收裝置以測(cè)量無線電信號(hào)的傳輸時(shí)間來量測(cè)距離，以距離來判定衛(wèi)星在太空中的位置，這是一種高軌道與精密定位的觀測(cè)方式。假設(shè)衛(wèi)星在11,000英哩高處，測(cè)量我們的距離，首先以11,000英哩為半徑，以此衛(wèi)星為圓心畫一圓，而我們位置正處于球面上。 再假設(shè)第二顆衛(wèi)星距離我們12,000英哩，而我們正處于這二顆球所交集的圓周上�，F(xiàn)在我們?cè)僖缘谌w衛(wèi)星做精密定位，假設(shè)高度13,000 英哩，我們即可進(jìn)一步縮小范圍到二點(diǎn)位置上，但其中一點(diǎn)為非我們所在的位置極有可能在太空中的某一點(diǎn)，因此，我們舍棄這一點(diǎn)參考點(diǎn)，選擇另一點(diǎn)為位置參考點(diǎn)。
如果要獲得更精確的定位，則必定要再測(cè)量第四個(gè)顆衛(wèi)星，從基本物理的觀念上來說，以訊號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間乘以速度即是我們與衛(wèi)星的距離，我們將此測(cè)得的距離稱為虛擬距離，在 GPS 的測(cè)量上，我們測(cè)的是無線信號(hào)，速度幾乎達(dá)18萬6千英哩/Sec的光速，而時(shí)間卻短的驚人，甚至只要0.06秒，時(shí)間的測(cè)量需要二個(gè)不同的時(shí)表，一個(gè)時(shí)表裝置于衛(wèi)星上以記錄無線電信號(hào)傳送的時(shí)間，另一個(gè)時(shí)表則裝置在接收器上，用以記錄無線電信號(hào)接收的時(shí)間，雖然衛(wèi)星傳送信號(hào)至接收器的時(shí)間極短，但時(shí)間上并不同步，假設(shè)衛(wèi)星與接收器同時(shí)發(fā)出聲音給我們，我們會(huì)聽到二種不同的聲音，這是因?yàn)樾l(wèi)星從11,000英哩遠(yuǎn)的地方傳來，所以會(huì)有延遲的時(shí)間，因此，我們可以延遲接收器的時(shí)間，從此延遲的時(shí)間╳速度，就是接收器到衛(wèi)星的距離，此即為 GPS 的基本定位原理。
偽隨機(jī)碼 (Pseudo Random Code）
在一般狀況下，衛(wèi)星傳送偽隨機(jī)碼(Pseudo Random Code.) 信號(hào)，偽隨機(jī)碼是GPS最基本部份，其實(shí)它是最復(fù)雜的，它是一串 0 與 1 的脈沖訊號(hào)，由于他是如此復(fù)雜，以致于看起來像雜亂的訊號(hào)一般，這也就是我們稱為偽隨機(jī)碼的原因。
我們?yōu)槭裁匆獙⒕幋a設(shè)計(jì)如此復(fù)雜呢?讓我們?yōu)槟f明如下:
復(fù)雜的格式能讓我們確定接收器所得的訊號(hào)并不會(huì)碰巧與一些不相干的訊號(hào)同步，也就是說這種復(fù)雜的訊號(hào)格式不可能與存在于大自然中的雜散訊號(hào)相同，每個(gè)衛(wèi)星都有其獨(dú)一無二的偽隨機(jī)碼(PRC)，此種編碼方式才不致與其他訊號(hào)相混淆，事實(shí)上，PRC也給了美國國防部 (DoD)控制此系統(tǒng)的方法，而為什么將PRC設(shè)計(jì)的如此復(fù)雜還有一個(gè)重要的原因，就是為了使GPS變得更經(jīng)濟(jì)，這種碼利用信息論放大GPS訊號(hào)，而不需要如同電視天線般的大碟天線來接收衛(wèi)星訊號(hào)，您可能好奇為什么電視天線不也如此設(shè)計(jì)，來舍棄這種大碟天線呢?其中的原因便在于速度，GPS信號(hào)所含的信息量極低，基本上它只是一個(gè)時(shí)間脈沖，所以我們可以一再地比較它的訊號(hào)，但電視訊號(hào)傳送了許多信息量，而且變化極快，若是利用這樣的比較系統(tǒng)的話，速度必會(huì)變得太慢而且更麻煩，關(guān)于偽隨機(jī)碼的數(shù)據(jù)，我們將另辟一章為您說明。
一般而言，GPS衛(wèi)星傳送兩種頻率的載波， L1 (Link 1) 載波的頻率為1575.42 MHZ，L2 (Link 2)載波的頻率為1227.60MHZ。
這兩種載波可修正電離層遲滯效應(yīng)的誤差，在載波上除了狀態(tài)消息之外，并調(diào)制了 2個(gè)供定時(shí)的偽亂碼(PRC):
1.C/A碼 (Coarse Acqusition Code)，頻率為 1.023 MHZ，僅在L1載波上作調(diào)變，每1023位重復(fù)一次，以 1 MHZ 的數(shù)據(jù)作調(diào)變，提供給一般民間使用。但基于國家安全的考慮，美國國防部刻意以無線電訊號(hào)干擾衛(wèi)星上的原子鐘，并宣告一些不準(zhǔn)確的軌道參數(shù)來造成定位誤差。這即是所謂的SA (Selective Availability)效應(yīng)。
2.P碼 (Precise Code)，頻率為10.23MHZ，每七天重復(fù)一次可同時(shí)采用L1及L2載波調(diào)變，主要提供軍事用途，P碼的頻率大約是C/A碼的10倍不但更為精確，也更不易被干擾，另外美國國防部增加了一種 A.S.碼 (Anti - Spoofing)，以將 P碼加密之后轉(zhuǎn)換成Y碼，一般用戶無法譯碼，因此必須加裝譯碼器，才可取得較高精度的觀測(cè)量，況且使用P(Y) 碼必須經(jīng)過相關(guān)單位的核準(zhǔn)，因此，這種偽亂碼大部份只提供軍方來使用。
TAG:
|
評(píng)論加載中...
|
