第四章电磁波传播与GPS卫星信号 第一节电磁波的基本知 1、参数 周期T、频率f、速度v波长A、相位φ及其相互关系:T=1/f, V,P=2TT ft 2、电磁波普 )全普与窗口 2)卫星大地测量常用普 全普与窗口 宇宙 X外见 微波无线电 声波 10-16-14-12-10-8-6 6波长(m)
第四章 电磁波传播与GPS卫星信号 第一节 电磁波的基本知识 1、参数 周期T、频率f、速度v、波长λ、相位φ及其相互关系：T=1/ f ， λ=T.v， φ=2π ft。 2、电磁波普 1）全普与窗口 2）卫星大地测量常用普 全普与窗口
卫星定位常用波普 符号 频率GHz 平均波长 (cm) 0.22~0.30 115 PLSCx 20 2~4 10 4~8 8~12.5 5-3
卫星定位常用波普 符号 频率GHz 平均波长 （cm） P 0.22~0.30 115 L 1~2 20 S 2~4 10 C 4~8 5 X 8~12.5 3
第二节天气层对电磁波传播的影响 大气结构及性质 对流层:40km以下冷热、雨雪风、水蒸气。属非弥散介质。 电离层:70km以上,空气分子以带电粒子的形式存在,属弥散介 质,对电磁波传播影响显著,折射率主要取决于带电子数的多少和电磁 波频率的高低。 折射数—N0=(m-1)×106 对流层与电离层比较 对流层 电离层 H越大,t越低 越大,t越高 与气象有关 与气象无关 与先关 与有关
第二节 大气层对电磁波传播的影响 一、大气结构及性质 对流层：40km以下，冷热、雨雪风、水蒸气。属非弥散介质。 电离层：70km以上，空气分子以带电粒子的形式存在，属弥散介 质，对电磁波传播影响显著，折射率主要取决于带电子数的多少和电磁 波频率的高低。 折射数——N0=(n-1)×106。 对流层与电离层比较 对流层 电离层 H越大，t越低 H越大，t越高 与气象有关 与气象无关 与f无关 与f有关 n>1 n<1
电离层对不同频率电磁波折射 NiCA) 1000 km (250MHz 400MHz( 1.6GHz wTth) L200-90 300 300 00 图4-4折射数N随高度的变化(2
电离层对不同频率电磁波折射
电离层影响及对策 1、电离层影响 ln=-c40.28N/ 断面为1m2传播路径上的电子数总合。 若N2=5×1017,而f1=1.57542GHz,f2=122760GHz 0m1=8.1m,don2=-1336m 2、对策 )双频观测 2)利用电离层模型改正(是否改正取决于数据处理软件); 3)同步观测求差(相对定位或差分定位) 4)载波相位观测与码相位观测取平均 3、影响带电离子密度的因素 ●电离层高度,200~400km时密度最大 ●地方时,白天是晚上的5倍,地方时11时最大 季节,夏天是冬天的4倍 测站纬度,赤道最高,南北极最低; 年份,太阳黑子活动周期为11年,最高年份可达1016/m2,最低年份近于 零。58,69,80,91,02年最高
二、电离层影响及对策 1、电离层影响： dion=-c40.28NΣ /f 2 NΣ——断面为1m2传播路径上的电子数总合。 若NΣ=5×1017，而f 1=1.57542GHz, f 2=1.22760GHz dion 1=8.11m， dion2=-13.36m。 2、对策： 1）双频观测； 2）利用电离层模型改正（是否改正取决于数据处理软件）； 3）同步观测求差（相对定位或差分定位）。 4） 载波相位观测与码相位观测取平均。 3、影响带电离子密度的因素 ⚫ 电离层高度，200~400km时密度最大； ⚫ 地方时，白天是晚上的5倍，地方时11时最大； ⚫ 季节，夏天是冬天的4倍； ⚫ 测站纬度，赤道最高，南北极最低； ⚫ 年份，太阳黑子活动周期为11年，最高年份可达1016/m2 ,最低年份近于 零。58，69，80，91，02年最高
三、对流层影响及对策 占与电磁波频率无关,与传播路径上的大气状况、大气压、温度、 高程、高度角等有关。 减弱措施: 1)模型改正; 2)作为未知数求解; 3)同步观测值求差 4)用水汽辐射计求路径折射率
三、对流层影响及对策 与电磁波频率无关，与传播路径上的大气状况、大气压、温度、 高程、高度角等有关。 减弱措施： 1）模型改正； 2）作为未知数求解； 3）同步观测值求差； 4）用水汽辐射计求路径折射率
第三节GPs卫星的测距码信号 GPS卫星信号概述 载波信号: 1.57542GHz。 L21.22760GHz。 测距码信号:C/A码,P码。 数据码信号:导航电文 、码的概念及其产生 1)码的基本概念 码——表达不同信息的二进制数及其组合。(波形与序列见下 幻灯片。) 码元 位二进制数叫一个码元。 编码—用二进制数表示信息的过程。 信息量—某种事物有2「种类型,可用r位二进制数表示,即含有r 比特的信息量 信息的传输速度——单位时间内传输的比特数 码元宽度——传输一个码元所用时佃 码元、信息的传播速度、碼元宽度三概念应牢固掌握一
第三节 GPS卫星的测距码信号 一、GPS卫星信号概述 载波信号： L1 1.57542GHz。 L2 1.22760GHz 。 测距码信号：C/A码，P码。 数据码信号：导航电文。 二、码的概念及其产生 1） 码的基本概念 码——表达不同信息的二进制数及其组合。（波形与序列见下一 幻灯片。） 码元——一位二进制数叫一个码元。 编码——用二进制数表示信息的过程。 信息量——某种事物有2 r种类型，可用r位二进制数表示，即含有r 比特的信息量。 信息的传输速度——单位时间内传输的比特数。 码元宽度——传输一个码元所用时间。 码元、信息的传播速度、码元宽度三概念应牢固掌握
符号与波形 名称 进制序列 符号序列 个110 信号电位 信号波形
符号与波形 名称 二进制序列 符号序列 1 1 1 0 信号电位 -1 -1 -1 1 信号波形
模二加法:1(1=0,00=0.,0=1,01=1 二进制码的模二加法等价于电位的乘法 码序列将r比特的进制数看作是由0、1组成的序列。 2)随机码在一个码序列中,0和1出现的概率相等,而某码元是0或 是1却是随机的,事先无法确定的,这样的码序列叫随机码 随机码特点:非周期性序列:自相关健好:无法复制。 自相关性用自相关系数表示 自相关系数—将U(t)平称k个码元,平移后与平移前两序列相同码元 个数A,相异个数B,(AB)/(A+B)叫自相关系数,用R(t)表示。 自相关性好—原码与复制码对齐R(t)=1,不对齐≈0。 自相关系数: 1101001110100 101001110100 R(t)=(3-4)7=-1/7 101001110100 101001110101 R(t)=(3-4)7=17
模二加法： 11= 0,00 = 0,10 =1,01=1 二进制码的模二加法等价于电位的乘法。 码序列——将r比特的二进制数看作是由0、1组成的序列。 2）随机码——在一个码序列中，0和1出现的概率相等，而某一码元是0或 是1却是随机的，事先无法确定的，这样的码序列叫随机码。 随机码特点：非周期性序列；自相关性好；无法复制。 自相关性用自相关系数表示， 自相关系数——将U（t）平移k个码元，平移后与平移前两序列相同码元 个数A，相异个数B，（A-B）/（A+B）叫自相关系数，用R（t）表示。 自相关性好——原码与复制码对齐R（t）=1，不对齐≈0。 自相关系数： 11101001110100 11101001110100 R（t）=(3-4)/7=-1/7。 11101001110100 11101001110101 R(t)=(3-4)/7=-1/7
3)噪声码 信号强度远低于噪声强度的信号码。 优点:耗能少;隐蔽性好 4)伪随机噪声码及其产生 伪随机码——有良好的自相关性且按周期重复出现的二进制码。 产生:多级反馈移位寄存器:也可用程序产生 111100010011010111100010011010
3）噪声码 信号强度远低于噪声强度的信号码。 优点：耗能少；隐蔽性好。 4）伪随机噪声码及其产生 伪随机码——有良好的自相关性且按周期重复出现的二进制码。 产生：多级反馈移位寄存器；也可用程序产生。 111100010011010111100010011010