摘要：本文系統(tǒng)介紹了GPS衛(wèi)星的完整信號的組成和產(chǎn)生、信號在傳播過程中會受到的影響以及信號接收的關(guān)鍵技術(shù)和信號觀測量的處理等。
關(guān)鍵字：GPS衛(wèi)星信號；組成；傳播；接收和處理
一、概述
目前，GPS定位技術(shù)作為測量手段已廣泛應用于各種測量的實踐工作中，而且很大一部分測量工作者對其應用相當嫻熟。但部分工作者對這項技術(shù)的最基礎知識--GPS信號的相關(guān)知識了解有所欠缺；而且現(xiàn)行的很多教材和參考資料上對這方面的介紹過于詳細難懂�；诖�，本文系統(tǒng)、淺顯的介紹了有關(guān)GPS衛(wèi)星信號的組成和產(chǎn)生、傳播、接收和處理的知識，希望能對需要的同行們在學習時有所幫助。
二、GPS衛(wèi)星信號的組成和產(chǎn)生
GPS衛(wèi)星的完整信號主要包括載波、偽隨機碼和數(shù)據(jù)碼三種分量。
2.1 信號載波是一種能攜帶調(diào)制信號的高頻震蕩波，其振幅（頻率）隨調(diào)制信號的變化而變化。它處于L波段，兩載波的中心頻率分別記作L1和L2，L1的頻率為1575.42MHz ，L2頻率1227.60MHz，頻率差為347.82MHz，L1大約是L2的28.3%，這樣選擇載波頻率便于測得或消除導航信號從GPS衛(wèi)星傳播至接收機時由于電離層效應而引起的傳播延遲誤差。
2.2偽隨機噪聲碼（PRN）即測距碼，是調(diào)制在載波上的一些特殊的、連續(xù)的、專門用于測定衛(wèi)星至接收機間的距離的二進制編碼。主要有精測距碼（P碼）和粗測距碼（C/A碼）兩種。其中P碼的碼率為10.23MHz、C/A碼的碼率為1.023MHz。
C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1MHz的偽隨機噪聲碼。其碼長為1023 bit，碼元寬為0.98μs，與之對應的波長相當于293.1m，周期為1ms。由于每顆衛(wèi)星的C/A碼都不一樣，因此，用各自不同的PRN號來區(qū)分不同的衛(wèi)星。它是是普通用戶用以測定衛(wèi)星到接收機間的距離的一種主要的信號。
P碼是衛(wèi)星的精測碼，它被調(diào)制在L1和L2載波上，碼率為10.23MHz。P碼的碼長為6.19×1012 bit，碼元寬度為0.098μs，與之對應的波長相當于29.3m。則相應的測距誤差僅為C/A碼的十分之一。
2.3 數(shù)據(jù)碼又叫導航電文或D碼，是GPS衛(wèi)星以二進制形式發(fā)送給用戶接收機用來定位和導航的基礎數(shù)據(jù)。它主要包括衛(wèi)星星歷（描述衛(wèi)星運動軌道的信息。它發(fā)布的是某一時刻在軌衛(wèi)星的軌道參數(shù)及其變化率。根據(jù)衛(wèi)星星歷，就可計算出任一衛(wèi)星、任一時刻的所在位置及其速度）、衛(wèi)星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態(tài)信息、C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息和全部衛(wèi)星的概略星歷等。
GPS 中的三種信號將按下圖的線路進行合成。
從圖上看出，衛(wèi)星發(fā)射的所有信號分量都由同一基本頻率 f0在A點產(chǎn)生，其中包括：載波 L1在B點、L2在C點、粗測距碼 C/A在D點、精測距碼在F點和數(shù)據(jù)碼在G點。經(jīng)衛(wèi)星發(fā)射天線H點發(fā)射出去。發(fā)射的信號分量包括： L1-C/A 碼在J 點、L1-P信號在K點、L2-P 信號在L點。偽隨機碼和數(shù)據(jù)碼通過采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上。為了區(qū)分不同衛(wèi)星發(fā)射信號，采用典型的碼分多址調(diào)制技術(shù)進行合成，再將低頻信號加載在頻率較高的載波上，然后載頻攜帶著有用的信號發(fā)射出去，形成用戶可以接收的 GPS 信號[1]。
三、GPS衛(wèi)星信號的傳播
在這里主要介紹GPS衛(wèi)星信號在大氣層傳播過程中會受到很多干擾，對我們測定衛(wèi)星到接收機距離，從而影響到對點位的精準定位。主要有下面幾點：
3.1 對流層折射
對流層中的水滴、冰晶和塵埃等成分的含量，隨著季節(jié)交替、地理緯度和空間位置的不同而變化，它們對電磁波的傳播有較大影響。在對流層延遲的影響下，衛(wèi)星位于天頂方向時，大約產(chǎn)生2.3m 的誤差；高度角5°時，大約有25m 的誤差。這種影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)，是精密GPS 定位中必須要考慮的誤差項。對流層折射的影響主要是使電磁波傳播路徑與幾何距離相異。
目前，在GPS 定位中，最常用的對流層改正模型是Hopfield 和Saastamoien 模型。
3.2 電離層折射
電離層泛指地面以上50km 的大氣層。由于受太陽輻射作用，電離層中的氣體被電離，以正離子和自由電子的形式存在。電磁波進入電離層后，在帶電粒子的作用下，其傳播速度發(fā)生了改變。在中緯度地區(qū)，測站天頂方向上電離層延遲白天可達10m，夜晚可達1～3m 左右。當衛(wèi)星高度角低于10°時，電離層延遲可能擴大至10～45m 左右。
電離層折射可以使用模型改正、差分改正和雙頻觀測的方法加以改正。一般說來，相對定位短基線情況下，可直接通過觀測值求差消弱電離層延遲影響。長基線情況下，采用雙頻組合消除電離層折射的影響。對于單頻接收機單機定位，模型改正是唯一的方法。
3.3 多路徑效應
理想狀態(tài)下，衛(wèi)星信號將沿最短路徑直接達到接收機天線。而如果天線附近有反射物，這時接收機天線幾乎同時收到衛(wèi)星的直接信號與反射信號，兩種信號的疊加將使觀測值產(chǎn)生附加時延量，這種現(xiàn)象稱為多路徑效應。多路徑效應的影響會使載波相位觀測量產(chǎn)生“周跳”，嚴重時將導致衛(wèi)星信號失鎖。
多路徑效應可以通過雙頻觀測組合、觀測殘差分析等方法檢測出來。但由于多路徑效應的產(chǎn)生與周圍環(huán)境有關(guān)，環(huán)境又是復雜多樣的，所以它的作用機制目前還難以精確抽象為一個統(tǒng)一的函數(shù)表達式。預防性措施有：
�。�1） 安置接收機天線時，避開較強的反射面，例如水面、光滑的地面以及表面平整的建筑物，例如玻璃幕墻等。
�。�2） 適當延長觀測時間。
�。�3） 選擇適當造型的抗多路徑效應天線板。
�。�4） 有針對性地改善接收機內(nèi)部電路設計。 由于城市中存在許多反射較強的環(huán)境，易形成多路徑效應，成為在城市測量中的主要障礙之一[2]。
四、GPS衛(wèi)星信號的接收與處理
從第一部分的介紹我們可以知道GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，即頻率為 1575.42MHz 的 Ll 載波和頻率 1227.60MHz 的 L2 載波，并且在 L1 和 L2 上又分別調(diào)制著多種信號，這些信號主要有 C/A 碼、P 碼和導航信息。下面介紹怎么對GPS衛(wèi)星信號的接收與處理。
4.1 GPS衛(wèi)星信號的接收
國際無線電咨詢委員會和國際電信聯(lián)盟的規(guī)定，所有空間上的衛(wèi)星信號在到達地面時產(chǎn)生的最大通量密度不得超過-154dBW，以適應空中太陽能供電的限制和避免對地面接收的相互干擾。而 GPS 信號的強度為：L1波段，對 C/A 碼為-155dBW、對 P 碼為-158dBW，L2波段，對 P 碼為-158dBW。在我們周圍環(huán)境中充滿著各種各樣的噪聲，它的強度為-136dBW。所以，通常情況下GPS衛(wèi)星信號淹沒在噪聲之中，為了獲取此微弱信號，需采用大型或超大型拋物面天線，接收其衛(wèi)星信號并使其聚焦，以提高其信號的強度，然后按照通常的方法進行放大、變頻、接收和處理，但每一個用戶又不可能都裝配大型拋物面接收天線。此外，在 GPS 導航衛(wèi)星中，所有 24 顆衛(wèi)星都使用相同的載頻，因此無法利用不同的頻道接收所需信號。實際上是，同一個頻道能同時接收能見到的 4-8 顆衛(wèi)星信號。這就是說，要采取措施區(qū)分開同時進入的衛(wèi)星信號。這又是在 GPS 接收機中必須解決的另一問題，這兩個問題相互關(guān)聯(lián)的。在 GPS 中，采用了擴頻調(diào)制和相關(guān)接收這兩項新技術(shù)來解決這兩個問題。
擴頻技術(shù)實際上是一種相關(guān)接收的寬帶技術(shù)。發(fā)射信號由數(shù)據(jù)碼、偽隨機碼調(diào)制的載波信號，因此發(fā)射信號的帶寬遠遠大于數(shù)據(jù)碼的帶寬。此發(fā)射信號到達接收機以后，利用相關(guān)檢測技術(shù)，將有用信號取出。由于在擴頻調(diào)制時，己將信號和噪聲的頻譜同時擴寬，所以在接收機內(nèi)進行相關(guān)，即利用窄帶濾波器將干擾信號去掉，以完成信噪比遠小于 1時的微弱信號的接收。
在 GPS 中，擴頻碼，即由偽隨機碼構(gòu)成的測距碼，分為 C/A 碼和 P 碼。這種偽隨機碼作為擴頻信號具有很多的多址工作能力。GPS 利用不同碼序的擴頻信號實現(xiàn)對 24 顆衛(wèi)星的識別和跟蹤。盡管 24 顆衛(wèi)星發(fā)射著同一種載頻信號，但可以按不同的偽隨機碼加以識別。
相關(guān)接收是用戶接收機在接收 GPS 衛(wèi)星擴頻信號時，利用改變本機偽隨機碼產(chǎn)生器的時序，使其與相應衛(wèi)星的偽隨機碼的時序?qū)�，此時即完成了對該衛(wèi)星信號的跟蹤和鎖定。這一過程稱為相關(guān)接收。這樣，一方面將所需的信號恢復到原始窄帶信號，另一方面將不相關(guān)的信號如各種干擾、外界噪聲以及其他 GPS 衛(wèi)星信號等仍保持為擴展的寬帶信號。此信號經(jīng)濾波后，使有用信號通過，將無用信號濾去，大大提高了信噪比[3]。
4.2 GPS衛(wèi)星信號的處理
GPS測量就是通過對這些數(shù)據(jù)的處理從而達到對地面點的定位，根據(jù)定位方法的不同對GPS衛(wèi)星信號的運用也相應的有偽距觀測量和載波相位觀測量的運用。
1、偽距定位觀測量的處理
GPS 衛(wèi)星能夠按照星載時鐘發(fā)射一種結(jié)構(gòu)為“偽隨機噪聲碼”的信號，該測距碼經(jīng)過t時間傳播后，到達接收機。接收機在自己的時鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測距碼----復制碼，并通過時延器使其延遲時間t′將這兩組測距碼進行相關(guān)處理，若自相關(guān)系數(shù) R（t′） ≠1，則繼續(xù)調(diào)整時延遲時間t，直至R（t′）=1，即復制碼與接收到的測距碼完全對齊。此時，其延遲時間t′就是衛(wèi)星信號的傳播時間t′乘上光速C，就得到了衛(wèi)星至接收機的距離，即偽距，從而達到對地面點的定位[4]。
2、載波相位定位觀測量的處理
載波相位定位觀測量的處理時，用戶接收機接收到衛(wèi)星信號以后要對其進行解調(diào)，主要工作是重建載波，提取測距碼信號和導航電文。
衛(wèi)星S 在t0時刻發(fā)出一載波信號，其相位為Φ（S）；此時接收機產(chǎn)生一個頻率和初相衛(wèi)星載波信號完全一致的基準信號，在t0瞬間的相位為Φ（R）。比較接收機產(chǎn)生的參考載波信號與接收到的來自衛(wèi)星的含有多普勒頻移的載波信號之間的相位差。假設這兩個相位之間相差N個整周信號和不足一周的相位Φ（F ），由此可求得t0時刻接收機天線到衛(wèi)星的距離為
S=λ（Φ（R）- Φ（S））=λ（N0+Φ（F））（λ為載波信號的波長）
載波信號是一個單純的余弦波。在載波相位測量中，接收機無法判定所測量信號的整周數(shù)，但可精確測定其零數(shù)Φ（F），并且當接收機對空中飛行的衛(wèi)星作連續(xù)觀測時，接收機借助于內(nèi)設的多普勒頻移計數(shù)器，可累計得到載波信號的整周變化數(shù)。而N0稱為整周模糊度，是一個未知數(shù)，但只要觀測是連續(xù)的，則各次觀測的完整測量值中應含有相同的整周模糊度。目前，確定整周未知數(shù)的方法主要有三種：偽距法＼ N0作為未知數(shù)參與平差法和三差法。
五、總結(jié)
通過上面的介紹可以看出，GPS衛(wèi)星信號中偽隨機碼和數(shù)據(jù)碼通過采用調(diào)相技術(shù)及調(diào)制技術(shù)調(diào)制到頻率較高載波上，采用典型的碼分多址調(diào)制技術(shù)進行合成傳送出去，通過大氣層最終到達用戶接收機，通過擴頻技術(shù)及相關(guān)接收技術(shù)完成接收；最后觀測量的處理達到對地面點的定位。
六、參考文獻
[1] 劉基余.GPS 原理及應用目錄[M].科學出版社，2003.8
[2] 胡友健，羅昀，曾云. 全球定位系統(tǒng)（GPS）原理與應用[M]. 中國地質(zhì)大學出版社，2003.7
[3] 蔡桂祥.RTK GPS接收機關(guān)鍵模塊的設計與實現(xiàn)[J].上海交通大學信息安全工程學院.2006.7
[4] 周忠謨 易杰軍 周琪.GPS 衛(wèi)星測量原理與應用（修訂版）[M]，北京：測繪出版社，1997 年
關(guān)鍵字：GPS衛(wèi)星信號；組成；傳播；接收和處理
一、概述
目前，GPS定位技術(shù)作為測量手段已廣泛應用于各種測量的實踐工作中，而且很大一部分測量工作者對其應用相當嫻熟。但部分工作者對這項技術(shù)的最基礎知識--GPS信號的相關(guān)知識了解有所欠缺；而且現(xiàn)行的很多教材和參考資料上對這方面的介紹過于詳細難懂�；诖�，本文系統(tǒng)、淺顯的介紹了有關(guān)GPS衛(wèi)星信號的組成和產(chǎn)生、傳播、接收和處理的知識，希望能對需要的同行們在學習時有所幫助。
二、GPS衛(wèi)星信號的組成和產(chǎn)生
GPS衛(wèi)星的完整信號主要包括載波、偽隨機碼和數(shù)據(jù)碼三種分量。
2.1 信號載波是一種能攜帶調(diào)制信號的高頻震蕩波，其振幅（頻率）隨調(diào)制信號的變化而變化。它處于L波段，兩載波的中心頻率分別記作L1和L2，L1的頻率為1575.42MHz ，L2頻率1227.60MHz，頻率差為347.82MHz，L1大約是L2的28.3%，這樣選擇載波頻率便于測得或消除導航信號從GPS衛(wèi)星傳播至接收機時由于電離層效應而引起的傳播延遲誤差。
2.2偽隨機噪聲碼（PRN）即測距碼，是調(diào)制在載波上的一些特殊的、連續(xù)的、專門用于測定衛(wèi)星至接收機間的距離的二進制編碼。主要有精測距碼（P碼）和粗測距碼（C/A碼）兩種。其中P碼的碼率為10.23MHz、C/A碼的碼率為1.023MHz。
C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1MHz的偽隨機噪聲碼。其碼長為1023 bit，碼元寬為0.98μs，與之對應的波長相當于293.1m，周期為1ms。由于每顆衛(wèi)星的C/A碼都不一樣，因此，用各自不同的PRN號來區(qū)分不同的衛(wèi)星。它是是普通用戶用以測定衛(wèi)星到接收機間的距離的一種主要的信號。
P碼是衛(wèi)星的精測碼，它被調(diào)制在L1和L2載波上，碼率為10.23MHz。P碼的碼長為6.19×1012 bit，碼元寬度為0.098μs，與之對應的波長相當于29.3m。則相應的測距誤差僅為C/A碼的十分之一。
2.3 數(shù)據(jù)碼又叫導航電文或D碼，是GPS衛(wèi)星以二進制形式發(fā)送給用戶接收機用來定位和導航的基礎數(shù)據(jù)。它主要包括衛(wèi)星星歷（描述衛(wèi)星運動軌道的信息。它發(fā)布的是某一時刻在軌衛(wèi)星的軌道參數(shù)及其變化率。根據(jù)衛(wèi)星星歷，就可計算出任一衛(wèi)星、任一時刻的所在位置及其速度）、衛(wèi)星鐘校正、電離層延遲校正、工作狀態(tài)信息、C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲P碼的信息和全部衛(wèi)星的概略星歷等。
GPS 中的三種信號將按下圖的線路進行合成。
從圖上看出，衛(wèi)星發(fā)射的所有信號分量都由同一基本頻率 f0在A點產(chǎn)生，其中包括：載波 L1在B點、L2在C點、粗測距碼 C/A在D點、精測距碼在F點和數(shù)據(jù)碼在G點。經(jīng)衛(wèi)星發(fā)射天線H點發(fā)射出去。發(fā)射的信號分量包括： L1-C/A 碼在J 點、L1-P信號在K點、L2-P 信號在L點。偽隨機碼和數(shù)據(jù)碼通過采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上。為了區(qū)分不同衛(wèi)星發(fā)射信號，采用典型的碼分多址調(diào)制技術(shù)進行合成，再將低頻信號加載在頻率較高的載波上，然后載頻攜帶著有用的信號發(fā)射出去，形成用戶可以接收的 GPS 信號[1]。
三、GPS衛(wèi)星信號的傳播
在這里主要介紹GPS衛(wèi)星信號在大氣層傳播過程中會受到很多干擾，對我們測定衛(wèi)星到接收機距離，從而影響到對點位的精準定位。主要有下面幾點：
3.1 對流層折射
對流層中的水滴、冰晶和塵埃等成分的含量，隨著季節(jié)交替、地理緯度和空間位置的不同而變化，它們對電磁波的傳播有較大影響。在對流層延遲的影響下，衛(wèi)星位于天頂方向時，大約產(chǎn)生2.3m 的誤差；高度角5°時，大約有25m 的誤差。這種影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)，是精密GPS 定位中必須要考慮的誤差項。對流層折射的影響主要是使電磁波傳播路徑與幾何距離相異。
目前，在GPS 定位中，最常用的對流層改正模型是Hopfield 和Saastamoien 模型。
3.2 電離層折射
電離層泛指地面以上50km 的大氣層。由于受太陽輻射作用，電離層中的氣體被電離，以正離子和自由電子的形式存在。電磁波進入電離層后，在帶電粒子的作用下，其傳播速度發(fā)生了改變。在中緯度地區(qū)，測站天頂方向上電離層延遲白天可達10m，夜晚可達1～3m 左右。當衛(wèi)星高度角低于10°時，電離層延遲可能擴大至10～45m 左右。
電離層折射可以使用模型改正、差分改正和雙頻觀測的方法加以改正。一般說來，相對定位短基線情況下，可直接通過觀測值求差消弱電離層延遲影響。長基線情況下，采用雙頻組合消除電離層折射的影響。對于單頻接收機單機定位，模型改正是唯一的方法。
3.3 多路徑效應
理想狀態(tài)下，衛(wèi)星信號將沿最短路徑直接達到接收機天線。而如果天線附近有反射物，這時接收機天線幾乎同時收到衛(wèi)星的直接信號與反射信號，兩種信號的疊加將使觀測值產(chǎn)生附加時延量，這種現(xiàn)象稱為多路徑效應。多路徑效應的影響會使載波相位觀測量產(chǎn)生“周跳”，嚴重時將導致衛(wèi)星信號失鎖。
多路徑效應可以通過雙頻觀測組合、觀測殘差分析等方法檢測出來。但由于多路徑效應的產(chǎn)生與周圍環(huán)境有關(guān)，環(huán)境又是復雜多樣的，所以它的作用機制目前還難以精確抽象為一個統(tǒng)一的函數(shù)表達式。預防性措施有：
�。�1） 安置接收機天線時，避開較強的反射面，例如水面、光滑的地面以及表面平整的建筑物，例如玻璃幕墻等。
�。�2） 適當延長觀測時間。
�。�3） 選擇適當造型的抗多路徑效應天線板。
�。�4） 有針對性地改善接收機內(nèi)部電路設計。 由于城市中存在許多反射較強的環(huán)境，易形成多路徑效應，成為在城市測量中的主要障礙之一[2]。
四、GPS衛(wèi)星信號的接收與處理
從第一部分的介紹我們可以知道GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，即頻率為 1575.42MHz 的 Ll 載波和頻率 1227.60MHz 的 L2 載波，并且在 L1 和 L2 上又分別調(diào)制著多種信號，這些信號主要有 C/A 碼、P 碼和導航信息。下面介紹怎么對GPS衛(wèi)星信號的接收與處理。
4.1 GPS衛(wèi)星信號的接收
國際無線電咨詢委員會和國際電信聯(lián)盟的規(guī)定，所有空間上的衛(wèi)星信號在到達地面時產(chǎn)生的最大通量密度不得超過-154dBW，以適應空中太陽能供電的限制和避免對地面接收的相互干擾。而 GPS 信號的強度為：L1波段，對 C/A 碼為-155dBW、對 P 碼為-158dBW，L2波段，對 P 碼為-158dBW。在我們周圍環(huán)境中充滿著各種各樣的噪聲，它的強度為-136dBW。所以，通常情況下GPS衛(wèi)星信號淹沒在噪聲之中，為了獲取此微弱信號，需采用大型或超大型拋物面天線，接收其衛(wèi)星信號并使其聚焦，以提高其信號的強度，然后按照通常的方法進行放大、變頻、接收和處理，但每一個用戶又不可能都裝配大型拋物面接收天線。此外，在 GPS 導航衛(wèi)星中，所有 24 顆衛(wèi)星都使用相同的載頻，因此無法利用不同的頻道接收所需信號。實際上是，同一個頻道能同時接收能見到的 4-8 顆衛(wèi)星信號。這就是說，要采取措施區(qū)分開同時進入的衛(wèi)星信號。這又是在 GPS 接收機中必須解決的另一問題，這兩個問題相互關(guān)聯(lián)的。在 GPS 中，采用了擴頻調(diào)制和相關(guān)接收這兩項新技術(shù)來解決這兩個問題。
擴頻技術(shù)實際上是一種相關(guān)接收的寬帶技術(shù)。發(fā)射信號由數(shù)據(jù)碼、偽隨機碼調(diào)制的載波信號，因此發(fā)射信號的帶寬遠遠大于數(shù)據(jù)碼的帶寬。此發(fā)射信號到達接收機以后，利用相關(guān)檢測技術(shù)，將有用信號取出。由于在擴頻調(diào)制時，己將信號和噪聲的頻譜同時擴寬，所以在接收機內(nèi)進行相關(guān)，即利用窄帶濾波器將干擾信號去掉，以完成信噪比遠小于 1時的微弱信號的接收。
在 GPS 中，擴頻碼，即由偽隨機碼構(gòu)成的測距碼，分為 C/A 碼和 P 碼。這種偽隨機碼作為擴頻信號具有很多的多址工作能力。GPS 利用不同碼序的擴頻信號實現(xiàn)對 24 顆衛(wèi)星的識別和跟蹤。盡管 24 顆衛(wèi)星發(fā)射著同一種載頻信號，但可以按不同的偽隨機碼加以識別。
相關(guān)接收是用戶接收機在接收 GPS 衛(wèi)星擴頻信號時，利用改變本機偽隨機碼產(chǎn)生器的時序，使其與相應衛(wèi)星的偽隨機碼的時序?qū)�，此時即完成了對該衛(wèi)星信號的跟蹤和鎖定。這一過程稱為相關(guān)接收。這樣，一方面將所需的信號恢復到原始窄帶信號，另一方面將不相關(guān)的信號如各種干擾、外界噪聲以及其他 GPS 衛(wèi)星信號等仍保持為擴展的寬帶信號。此信號經(jīng)濾波后，使有用信號通過，將無用信號濾去，大大提高了信噪比[3]。
4.2 GPS衛(wèi)星信號的處理
GPS測量就是通過對這些數(shù)據(jù)的處理從而達到對地面點的定位，根據(jù)定位方法的不同對GPS衛(wèi)星信號的運用也相應的有偽距觀測量和載波相位觀測量的運用。
1、偽距定位觀測量的處理
GPS 衛(wèi)星能夠按照星載時鐘發(fā)射一種結(jié)構(gòu)為“偽隨機噪聲碼”的信號，該測距碼經(jīng)過t時間傳播后，到達接收機。接收機在自己的時鐘控制下產(chǎn)生一組結(jié)構(gòu)完全相同的測距碼----復制碼，并通過時延器使其延遲時間t′將這兩組測距碼進行相關(guān)處理，若自相關(guān)系數(shù) R（t′） ≠1，則繼續(xù)調(diào)整時延遲時間t，直至R（t′）=1，即復制碼與接收到的測距碼完全對齊。此時，其延遲時間t′就是衛(wèi)星信號的傳播時間t′乘上光速C，就得到了衛(wèi)星至接收機的距離，即偽距，從而達到對地面點的定位[4]。
2、載波相位定位觀測量的處理
載波相位定位觀測量的處理時，用戶接收機接收到衛(wèi)星信號以后要對其進行解調(diào)，主要工作是重建載波，提取測距碼信號和導航電文。
衛(wèi)星S 在t0時刻發(fā)出一載波信號，其相位為Φ（S）；此時接收機產(chǎn)生一個頻率和初相衛(wèi)星載波信號完全一致的基準信號，在t0瞬間的相位為Φ（R）。比較接收機產(chǎn)生的參考載波信號與接收到的來自衛(wèi)星的含有多普勒頻移的載波信號之間的相位差。假設這兩個相位之間相差N個整周信號和不足一周的相位Φ（F ），由此可求得t0時刻接收機天線到衛(wèi)星的距離為
S=λ（Φ（R）- Φ（S））=λ（N0+Φ（F））（λ為載波信號的波長）
載波信號是一個單純的余弦波。在載波相位測量中，接收機無法判定所測量信號的整周數(shù)，但可精確測定其零數(shù)Φ（F），并且當接收機對空中飛行的衛(wèi)星作連續(xù)觀測時，接收機借助于內(nèi)設的多普勒頻移計數(shù)器，可累計得到載波信號的整周變化數(shù)。而N0稱為整周模糊度，是一個未知數(shù)，但只要觀測是連續(xù)的，則各次觀測的完整測量值中應含有相同的整周模糊度。目前，確定整周未知數(shù)的方法主要有三種：偽距法＼ N0作為未知數(shù)參與平差法和三差法。
五、總結(jié)
通過上面的介紹可以看出，GPS衛(wèi)星信號中偽隨機碼和數(shù)據(jù)碼通過采用調(diào)相技術(shù)及調(diào)制技術(shù)調(diào)制到頻率較高載波上，采用典型的碼分多址調(diào)制技術(shù)進行合成傳送出去，通過大氣層最終到達用戶接收機，通過擴頻技術(shù)及相關(guān)接收技術(shù)完成接收；最后觀測量的處理達到對地面點的定位。
六、參考文獻
[1] 劉基余.GPS 原理及應用目錄[M].科學出版社，2003.8
[2] 胡友健，羅昀，曾云. 全球定位系統(tǒng)（GPS）原理與應用[M]. 中國地質(zhì)大學出版社，2003.7
[3] 蔡桂祥.RTK GPS接收機關(guān)鍵模塊的設計與實現(xiàn)[J].上海交通大學信息安全工程學院.2006.7
[4] 周忠謨 易杰軍 周琪.GPS 衛(wèi)星測量原理與應用（修訂版）[M]，北京：測繪出版社，1997 年
