扩频通信中数字载波跟踪环的设计_百度文库
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扩频通信中数字载波跟踪环的设计
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[gps天线原理]GPS接收机工作原理 gps天线原理
GPS接收机工作原理1伪随机码测距原理利用接收机产生复制码（本地码）与 卫星发播的伪随机码进行相关运算，通 过测量相关函数最大值的位置来测定卫 星信号传播延迟，从而求得卫星到接收 机的距离观测值。? 卫星产生伪随时码，发出时信号?s 接收机收到信号延迟 ? , ? (t ? ? ) ? 接收机本地码发生器产生本地码 s(t ? ?t ) ? 经码移位电路本地码延迟 ? ' s ? (t ? ?t ? ? ' ) ? 相在器相关运算，积分器?s (t )相关输出达到最大值即?R(? ) ? ? s(t ? ? ) ? s(t ? ?t ? ? ' )dt?? ? nT??? ? ? c ? ?t ? n? '2GPS接收机工作原理GPS接收机工作分为四步 1. 对卫星信号捕获――牵引 2. 跟踪卫星信号，保证连续测距――锁定、跟踪 3. 解调导航电文，测量伪距，载波相位 4. 定位计算C/A码和P码的捕获?相关探测法――每次移动本地码半个码元进行相关 比较 。 ? C/A码捕获：因为C/A码短，用1.5min可完成捕获。 ? P码捕获：P码X1，X2 12位移位截短寄存器在每周六零 时置成初始状态。 C/A码捕获后，在导航电文中转换码中给出Z 计数，该计数按1.5秒计算，从星期六零时开 始。有了Z计数就可以计算出X1X2状态，即可 预先将P码本地码移到应有的状态，所以只需 很短时间即可完成对P码捕获。 ? 捕获――通过检测伪随机码和本地码相关输出为最 大，即可捕获卫星。信号的捕获是一个码相位和载波多普勒的二维搜索过程， 本质上是一个粗同步过程，其任务是估计出伪码的偏移 和载波多普勒，用来初始化跟踪环路。 ? 捕获方法有传统的串行捕获、基于FFT的并行捕获等多 种，无论是那种捕获方式，关键是搜索空间的定义，信 号检测准则的建立，以及不同信号电平下算法的性能等。 ? 信号的跟踪由跟踪环路来实现，主要作用是根据捕获环 路能够给出的输入信号粗略估计，进一步精确估计信号 的载波多普勒和伪码偏移，同时，将导航数据从输入的 接收信号中解调出来。 ? 被跟踪后的信号已经实现了解调，因此，经过比特同步、 子帧同步后就可以获得导航数据。利用导航数据和跟踪 环路的载波多普勒和伪码偏移，进一步可以导出信号的 测量值，即伪距、Δ伪距和载波相位。最后根据这些信 息计算出用户的位置、速度和时间（PVT）。?码的馈定码的锁定也称跟踪――由于卫星在运动， 只有锁定卫星才能保证捕获码的最大相 关输出，即不断完成伪距测量。3 GPS接收机原理框图完整的导航接收机接收处理通道接收天线、 ? 接收射频、 ? 信号处理、 ? 应用处理（导航处理和授时处理） ? 用户界面。?导航信号接收处理的主要关键技 术包括下面的几项：多频接收天线； ? 多频射频接收通道； ? 伪码的捕获与跟踪技术； ? 比特同步、子帧同步技术； ? 伪距、Δ伪距和载波相位估计； ? 用户位置、速度和时间（PVT）的计算， 授时处理；?3.1 GPS天线接收天线部分完成射频信号的接收， 即把卫星播发的电磁波转换成便于处理 电信号。具有优良指标的天线对提高整机的接收灵敏度、 减小地形、地貌以及环境因素对设备的影响 等方面有非常重要的作用。在天线单元的设 计中，除保证宽波束、高增益和宽轴比带宽 外，天线单元在整个波束带宽内还应该提供 均匀的幅度响应和均匀的相位响应。天线设计要求? 天线与前置放大器一体化以减少信号损失 ? 天线对整个上半球各方向信号不产生死角 －－全园极化 ? 有适当防护屏蔽措施以清除多路径效应 ? 天线相位中心与天线几何中心一致，并稳 定GPS接收天线技术指标工作频率及带宽： L1：.023MHz L2：.023MHz ? 极化方式： 右旋圆极化 ? 波束宽度： E（俯仰）：5°～ 90° （水平）：0°～ 360° ? 天线增益： ≥-5dB（在整个波束范围内, 天线 顶部增益大于3dB） ? 圆极化轴比：≤2 ? 输出驻波： ≤2天线类型适合作为圆极化天线的类型包括了四线螺旋天线、 交叉倾斜振子天线和微带贴片天线等多种形式。四螺旋天线左旋园极化优点：天线频带宽，全园极化性好，可捕获低角卫星 缺点：不能进行双频接收，抗震性差GPS天线典型的微带贴片天线是在一块厚度远小于工 作波长的介质基片上，用微波集成技术覆盖在 基片两面上的辐射片所构成的。在实际应用中， 贴片辐射器的典型形状是矩形和圆形，然而， 这种微带天线带宽很窄（一般不超过1%）。 微带天线优点：体积小、重量轻，可将二个频率集成在 一起，成本低可大批量生产，易于制 造。 缺点：增益较低GPS天线发展? 四馈源天线：天线相位中心为零 ? 带抑制板天线：扼流圈天线可扼制地面和建筑物反射波信号3.2 接收射频信道接收射频信道由 ? 低噪声预选放大器、 ? 下变频器、滤波器组成， ? 对天线馈送来的微弱信号进行放大、下 变频，最终输出较低的中频信号并经过 ADC转换成数字中频，并送到信号处理 部分GPS接收射频通道技术指标载波频率： L1: 1575.42 MHz L2：1227.6 MHz 接收信号功率范围：-133dBm～-110dBm 低噪声放大器噪声系数：≤1.5dB（带选择滤波器） ? 低噪声放大器增益：≥37dB ? 镜频噪声抑制：≥40dB ? 输出中频频率： L1: 46.42 MHz L2：46.6 MHz ? 3dB带宽 ?1.023MHz ? 带外杂波抑制：≥40dB ? 输出信号电平：4dBm±1dB 阻抗：50Ω ? AGC动态范围：55dB ? 本振相位噪声：100Hz -65 dBc/Hz ? 1KHz -75 dBc/Hz ? 10KHz -85 dBc/Hz ? 100KHz -100 dBc/Hz ? 本振信号频率准确度和稳定度：优于5×10－7? ? ?1575.42MHz B1： LNA 875.58MHz 滤波 一变频 滤波 放大VGA 检波RSSI 控制电压输入 46.42MHz AD量 化 二变频 滤波 放大2451MHz PLL10M HzLo2:922M HzPLL RSSILNAB2：1227.6MHz检波控制电压输入 AD量 化875.4MHz 滤波 一变频 滤波放 大VGA46.6MHz 二变频 滤波 放大2103MHz PLL10M HzLo2C/A码信号的相位调制?在L1载频上由数据流和两种伪随机码分别以同相 和正交方式进行调制，f0 10.23MHzBPSK调制器-3dB154 f0X154 ∑90°BPSK调制器L1 1575.42MHz限幅器f0时钟P(Y)码 产生器÷10C/A码 产生器 f0/10时钟数据50bps3.3卫星信号处理流程图IF信号 信号捕获 信号跟踪 导航数据解调 用户PVT解算 用户界面信号处理信号处理是导航信号接收处理通道的 核心部分，这个部分包括信号 ? 捕获、跟踪、解调、 ? 比特同步、子帧同步、 ? 测量值的计算，伪随机码跟踪环路图载波跟踪环路图相关通道电路原理图延迟锁定环的工作原理跟踪环原理图搜索方法传统的串行搜索方法是在一个频率格内进行所 有码元的串行时域相关，搜索所有的码相位。 如果没有捕获到信号，则进入下一个多普勒频 率格继续搜索 ? 串行捕获方法实现简单，但其捕获时间过长， 对微弱信号环境、干扰环境、较高动态环境的 适应性较差等,实用性较差。 ? 新型的伪码捕获方案,基于块处理和FFT的软件 GPS接收机?跟踪跟踪是对伪码相位的精确跟踪过程。本地伪码 精确跟踪输入伪码的相位变化，使得伪码相位 误差在允许的小范围内。 ? 跟踪是对伪码相位的精确跟踪过程。本地伪码 精确跟踪输入伪码的相位变化，使得伪码相位 误差在允许的小范围内。 ? 获得各种导航定位计算所需的原始数据，如载 波多普勒频移，码相位偏移等等。?伪距提取?信号接收时间是由接收机按本地时钟排定的一系列时刻来决定。 例如：一个20ms的连续计数器可以给定接收机的接收时间。同时 在每个相隔20ms的接收时间点上，需要确定卫星信号的发射时刻。 发射时刻的确定需要导航电文所包含的时间信息来辅助 ? 在GPS接收机中，卫星的发射时间由Z-记录，并且写在导航电文 的每个子帧里。Z计数间隔为1.5秒，而导航电文每4个Z（即6秒） 开始一个新的子帧。由于Z确立了每一子帧开始时的卫星时刻， 则信号的发射时间应为Z时间Z(n)，加上从信号所在子帧的开头 算起至接收时间点上所对应的接收信号之间所间隔的时间. ? 这一时间分为如下几个部分：对应导航电文的整比特数B(n)，从 当前比特数开始算起的C/A码整周期数M(n)，从当前C/A码开始 算起的C/A码码片数C(n)，以及当前码片的分数部分R(n)。整比 特数和整周期数可以依靠跟踪环设置两个专门的计数器提供；码 片数和码片分数可以由伪码发生器和码环的NCO给出?ts(t- )=6Z(n)+0.02B(n)+0.001M(n)+(c(n)+R(n))/1023000精度讨论采用伪随机码测距技术，测量精度决 定码元分辨率。当码的比特率越高，码 元宽度越小，分辨率越高。接收机通道通道：能完成对卫星的捕获、跟踪、测量、 解扩的装置称为通道。 单通道接收机：每次只能捕获一颗卫星，通 过变换时序，跟踪卫星进行 测量。 多通道接收机：具有多个通道，可以同时捕 获多颗卫星进行测量。捕获数字中频信号 BD-2 1/B2 GPS L1/L2C1 2 跟踪 跟踪环 跟踪环12比特同步子帧同步测量值导出PVT解算内部时钟生成接收机控制管理3.4 导航电文的解扩卫星信号的扩频： s(t ) ? p(t ) ? D(t ) 信号解扩 ： s(t ) ? p(t ) ? p(t ) ? D(t ) ? p(t )?? D(t )6.3.5 导航电文的解码?导航电文3.6 GPS接收机接收信号导航电文 ? C/A码伪距 ? C / A，P码伪距 ? P ? L1载波相位 ?1 、L2载波相位? 2 ? L1多普勒频移D1，L2多普勒频移D2。?射频器（RF）――是将高频1575M通过混频、滤波降 到中频。 信号通道（基带）――完成信号捕获、跟踪、解扩、 解调及伪距测量，载波相位测量 数据处理(CPU)---------对观测数据进行处理，解算出定 位结果，物体运动速度等。在传统接收机中， ? 天线模块和射频模块这两个模拟信号处理部分均 用模拟硬件来实现，通常是一片专用芯片， ? 而信号处理、应用处理部分用数字硬件来实现， 通常也是一个专用芯片， ? 用户界面部分则用一个微处理器来实现，也只有 这一部分是用软件来实现的。6.4 GPS接收机OEMPassive antenna Active antennas?Antenna?RF?ASIC?Digital?FirmwareGPS接收机组成GPS天线 GPS主板 GPS显示 GPS电源6.5 GJS100、GJS101型接收机特点The features of GJS100、GJS101 Receiver? 高清晰度、低功耗、反射式宽温特性、平板液晶显示器：STNLCD （超扭曲向列相液晶显示器）? 采用价格低、耐低温、功耗低的单片微处理器做系统管理和数据处理6.5.1 高精度单频接收机研制Single Frequency High accuracy GPS receiverGJS100、GJS101接收机 整机图主要技术指标The main technology index精度(Accuracy)：±5mm＋1ppm? D ? 采样间隔(Sampling interval)：1～99秒可选 ? 工作范围(Working temperature)：－20～＋55OC ? 功耗 (Power wastage): &3.5W ? 汉化显示、电池电量显示、背光照明 ? GJS100：内存(Memory)4M，可存31个文件 ? GJS101：内存(Memory) 8M，可存63个文件 ? 下载数据可转成RINEX2.0格式??6.5.2 TH100型GPS接收机系统结构 The system structure of TH100? ? ?组件1：GPS OEM板 组件2：掌上电脑――PDA控制器 组件3：数据链NovAtel OEM4实物图 数据链 OEM板 控制器 数 据 上 传 定位数据 桌面PC 数 据 下 载电台天线RTK 信息GPS天线数字电台 ModemGPS OEM板 系统电源 控制命令Pocket PC PDATH100型接收机样机The sample of TH100 Receiver接 收 机 工 作 界 面 图系统参数设置单点定位窗口GPS卫星分布图采样功能界面设置基准站流动站定位窗口运动状态显示图多种导航模式5.4 GPS/GLONASS 兼容机OEM板方案OEM板设计 (硬件和软件)IC芯片组设计的电路 描述及指标分配进行前端射频 芯片设计进行基带处理 芯片设计设计用于芯片测试的测 试板及软件试投片试投片测试测试N通过否？ Y通过否？ YN用IC芯片组设计主机板批量IC芯片组生产批量主机板生产射频芯片和基带芯片组成框图DC/DC 晶体 FLASH射频芯片 低噪声放大 器 下变频 GPS L1 频率 综合器 采样时钟 分路器 A/D数字相关通道和接口实时控制软件和 定位解算软件 实时控制 基带信号处理 定 位 解 算 、 速 度 解 算 、 测 量 数 据 处 理 、 时 钟 频 率 调整多个数字 跟踪通道下变频 GLONASS L1 晶 振A/D多个数字 跟踪通道实时控制 基带信号处理串行接口基带芯片射频芯片设计要求?输入信号：C GPS：1575.42MHz，伪码速率：1.023MHz C GLONASS：
伪码速率：0.511MHz～MHz，? ??? ? ? ?LNA噪声系数：?2dB，芯片线性部分总NF?2.5dB 输入信号功率：－130dBm（扩频信号） 输出中频信号幅度：1VP-P 输出时钟频率：40MHz 电源电压：3V?10% 工作温度范围：-20?70℃ 兼容GPS/GLONASS协议射频通道技术方案 射频通道接收由天线LNA放大后GPS/GLONASS 卫星信号。在射频通道里，按GPS和GLONASS 频率分成两个射频通道，再分别进行下变频、滤 波、放大并通过AGC保持末级中频幅度稳定在 1VP-P。两个射频通道的末级中频信号分别输出。 射频通道内还有一个频率综合器为全机提供各种 本地频率和时钟。射频芯片原理级设计带通滤波器 175.42MHz 带通滤波器 SAW 35.42MHz第 1 级 混频 带通 M BW=34.864M LO1 1400MHz L1 LNA 分 路 器 L1GPS第2级 混频AGC第 3 级 混频GPS IFout 滤波器 4.3MHzLO2 140MHz AGC控制LO3 31.11MHz带通滤波器 205.5MHz带通滤波器 SAW 65.5MHzGLONASS IFout 第 1 级 混频 射频芯片原理框图 注：虚线部分在片外 L1Glonass 第2级 混频 第 3 级 混频 滤波器 9.5MHzAGCLO1 1400MHzLO2 140MHzLO4 56MHz陶瓷滤波器 1595MHz放大器射频通道原理图分路器混频器1435MHz1463.5MHz混频器放大器放 大 器放 大 器放大器声表滤波器 BW=2MHz中频接收机 136MHz 中频滤波器 3.4~5.4MHz 时 钟 发 生 器频 率 综 合 器频 率 综 合 器声表滤波器 BW=12MHz中频接收机 133MHz 中频滤波器 4 ~15MHzAGC分路器AGC中频放大器差分放大器中频放大器TCXO GPS 中频输出 4.42MHz 40MHz 时钟输出 GLONASS 中频输出 6.9MHz基带芯片设计要求GPS C/A 码和GLONASS 兼容基带处理 器 ? 微处理器核采用DSP核 ? 16 个GPS/GLONASS 的相关通道 ? 2个串行口（UART） ? 1PPS 输出 ? 内置4M存储器 ? 输入信号：量化的GPS中频信号、量化的 GLONASS中频信号、采样时钟?基带芯片总体体系结构设计HDU 16通道前端射 频 接 口移 相相 关 器 C/A 码 产生器累 加 器 码 DCO寄 存 器载 波 DCO处 理 器 接 口MCU支持功能模块 时钟控 制器 时间基准 产生器 中断管 理器 双 UART 电源和复 位控制GPS跟踪通道Q支路1ms数据累加器1ms数据累加器1ms数据累加器码回转 控制器 信 号 量 化 处 理 模 块 载 波 周 期 计 数 器数 字 中 频 信 号早码 对准码 迟码 C/A码 产生器本地1ms信号 计数器 码 NCO 数 据 总 线载波 NCO历元计数器码相位 计数器1ms数据累加器I支路1ms数据累加器1ms数据累加器GLONASS跟踪通道Q支路1ms数据累加器1ms数据累加器1ms数据累加器码回转 控制器 信 号 量 化 处 理 模 块 载 波 周 期 计 数 器数 字 中 频 信 号早码 对准码 迟码 GLONASS C/A码 产生器本地1ms信号 计数器 码 NCO 数 据 总 线载波 NCO历元计数器 计数器码相位 计数器 计数器1ms数据累加器I支路1ms数据累加器1ms数据累加器信号处理器方案信号处理器，先将两个末级中频信号通过A/D 进行模数转换，把两个模拟信号变成两个数字 信号，一路为GPS数字信号，一路为 GLONASS数字信号。两个数字信号进入数字 通道，在软件控制下进行信号跟踪，完成信号 解扩、解调导航参数和伪距、伪距变化率等测 量值。这里设计16个GPS和GLONASS卫星跟 踪通道。硬件平台主要由FPGA实现。JTAG EPCS4GPS中频 A/D GLONASS 中频 地址总线 数据总线 FPGA 控制总线 MAX3232时钟 频率GPS 数字中频 采 样 时 钟采样锁存器GPS 跟踪通道1地址 译码器地址总线GPS 跟踪通道2 测 量 基 准数据/控制 总线接口数据总线控制总线时基产生器中断信号GPS 跟踪通道10GLONAS S 数字中频采样锁存器GLONASS 跟踪通道1状 态 寄 存 器GLONASS 跟踪通道2UART模块RS-232 接口数字通道GLONASS 跟踪通道6信息处理器信息处理器，控制信号处理器完成码和载波的捕 获、跟踪。 应用解调的卫星导航参数和测量的伪距、 伪距变化率，完成用户位置和速度计算、坐标变换、 管理I/O端口等。 信息处理器硬件平台主要由DSP、 FLASH、SRAM等组成。信息处理器是软件平台， 其功能由软件指令执行。数据总线 地址总线 控制线 DSP 数据线 地址线 读写 控制 SRAM （高） 地 址 线 FLASH数据线SRAM （低）软件设计整个软件包括以下模块：? ? ?主模块 GPS信号捕获、锁定、跟踪 模块 GPS测量数据提取模块GLONASS导航电文处理模块GLONASS测量数据处理模块 初始化模块导航计算模块 坐标转换和时间转换模块 串口数据处理模块?? ? ?GLONASS信号捕获、锁定、 跟踪模块GLONASS测量数据提取模块 GPS导航电文处理模块 GPS测量数据处理模块串口数据接收和发送模块。6 软件接收机利用射频前端，把卫星信号变化到一个比较低 的中频上 ? 可供软件接收机使用的数字信号器件有多种， 包括ASIC、FPGA/DSP、通用CPU等，而且不 同的器件在使用的灵活性和处理性能方面也有 很大的不同 ? 软件接收机由于本身的特点，如硬件的可重复 使用性、软件的可升级性、功能的可重配置性 等，所以不仅仅是一台接收机，同时还是一个 接收机技术的开发平台。?软件接收机7 GPS接收机种类?导航型接收机：个人便携式 车载型 船载型 机载型 航天型 测地型： 单频机 双频机 伪距差分 RTK（载波相位 差分) 广域差分??差分型：? ?授时型 测姿型定时精度：20ns1m基线为0.10个人用接收机Applications: private user导航型接收机功能???基本功能：显示卫星空间分布图 显示定位结果，显示定位精度 显示DOP值 显示卫星方位、高度角及健康状态 导航功能：航线设计 按设计航线导航：航偏距、航偏角，距起点距离，距终点距离 回放航迹线 查询功能：在导航电子图上查询 按单位：门牌号、电话查询 按功能：加油站、停车场 按区域查询欢迎您转载分享：
更多精彩：都涉及到什么技术？感觉自己破解个商用软件的那些技术简直弱爆了
这个问题要从GPS的定位原理说起首先，我们都知道GPS最基本的原理是测量信号从卫星发射到用户接收之间的延迟乘以光速，得到此时刻卫星到用户的距离，当知道3颗星的位置和与用户的距离之后，我们就可以列三个方程求解用户的三维位置。实际上由于接收机的时钟不可能百分百精确，钟差也要列入方程。所以GPS定位至少需要4颗星，列4个方程。但是，由于GPS是无源系统，接收机只能接收信号，不能发射信号，所以我们习惯的测量反射时间的方式就明显不能用了，我们需要一种接收机只靠接收信号就能测量信号飞行时间的方式。GPS卫星广播的信号包括三种信号分量：载波、测距码和数据码。测距码又分为军用（或授权）的P码和公开的C/A码，关系为载波就是卫星信号的基础频率，然后在载波上调制测距码和数据码随着GPS的技术更新，还有一些新的测距码加入，但是在本问题中只考虑P码和C/A码就足以说明问题，所以其他新的测距码姑且不提。GPS测量距离的方式主要有两种：伪距法和载波相位法伪距法就是利用上述的P码或C/A码进行定位，载波相位法通过测量载波在传输过程中延迟的相位来测定信号传输延迟的时间，从而进行定位。对于伪距法GPS的两种测距码都属于伪随机噪声码（Pseudo Random Noise，PRN ，伪随机码或伪码），在这一步，我们可以将其简单理解成短时间内不会重复的一组序列然后GPS是怎么通过PRN定位呢？卫星通过一定算法然后GPS是怎么通过PRN定位呢？卫星通过一定算法(其中t为绝对时间，s为卫星编号)生成并广播PRN，接收机也按照相同算法生成PRN，那么就有两组相同的PRN，但是由于卫星发出的信号在传输过程需要时间，所以当卫星的PRN测距码到达接收机时必然落后于接收机产生的信号，如下图第一行蓝色的信号就是卫星发出的测距码，第二行绿色的信号是接收机按照相同算法产生的信号，很显然卫星的信号由于传输的时间延迟，在到达接收机时比接收机产生的信号落后。这时接收机会尝试将自身产生的信号与接收到的卫星信号进行比对，然后发现往后移动第一行蓝色的信号就是卫星发出的测距码，第二行绿色的信号是接收机按照相同算法产生的信号，很显然卫星的信号由于传输的时间延迟，在到达接收机时比接收机产生的信号落后。这时接收机会尝试将自身产生的信号与接收到的卫星信号进行比对，然后发现往后移动时自己产生的信号和接收到的卫星信号对上了（第三行绿色信号）！那么接收机就可以确定这些信号在路上用的时间是，那么自己与这颗卫星的距离就是。通过上述描述，我们可以看出，伪随机码的周期不能太短，如果太短的话（例如正弦波），接收机往后移动也能把信号对上，往后移动也能对上，也能对上，那么就乱套了，所以要用伪随机码，这样在一段比较长的时间里都不会重复。另外这种方式对接收机和卫星上的时钟精度要求也很高，因为要保证在相同的时刻产生相同的信号，而我们自己设定时钟的精度确实太低，所以要将接收机钟差也列入求解，也是因此GPS有了授时功能。并且传说中相对论在GPS的应用也是为了校准星载原子钟。说了伪随机码的应用原理，下一步我们就要来说伪随机码是怎么产生的。伪随机码的产生是通过一个称为“多极反馈移位寄存器”的装置产生的。 如下图是一个简单的4位的“多极反馈移位寄存器”。如同大部分数字电路，“多极反馈移位寄存器”的工作也由时钟控制，按照时钟周期进行动作。在工作初始时刻，多极反馈移位寄存器的每一位都在置1脉冲作用下置为1，在下一时刻，选取第三位和第四位内的数字进行模二相加（其实就是XOR异或），将得到的数字放在第一位，然后剩余数字依次后移，将4内的数字输出，连续工作时，我们就得到了下表：将最后一列输出的二进制数连起来，我们就得到了上面提到的伪随机码PRN，不同的卫星进行异或的寄存器位不一样，比如上面是34，另一颗星可能是23，再有一颗星就可能是14等等，这样不同卫星得到的测距码序列也就不一样了。将最后一列输出的二进制数连起来，我们就得到了上面提到的伪随机码PRN，不同的卫星进行异或的寄存器位不一样，比如上面是34，另一颗星可能是23，再有一颗星就可能是14等等，这样不同卫星得到的测距码序列也就不一样了。于是，我们日常说的GPS的定位码就是这么产生的，我们说的“破解”，也是得到正确的多极反馈移位寄存器组合，以便在接收机上产生正确的PRN用来进行定位。但实际上，GPS的C/A码是公开的，生产C/A码接收机不需要破解，只需要下载官方公开的文档就可以。GPS的C/A码由两个10级反馈移位寄存器组合而产生。码长，而C/A码的时钟频率为，所以每一位宽度为，所以每一位的距离是，重复周期为（记住这个重复周期！很重要！），数据传输速率为。两个移位寄存器在每周日0时全部重置为1状态。所以，C/A码的码长短，共1023个码元，若以每秒50码元的速度搜索，只需20.5s，易于捕获，称捕获码。P码等精码的捕获也要先捕获C/A码。好了，现在说破解。对于卫星导航信号的破解，最著名的参考文献莫过于高杏欣的Compass-M1 Broadcast Codes and Their
Application to Acquisition and Tracking（）。在这篇文章中，得出了北斗M1星的民码生成算法。既然题主问到了必要的技术，那么首先需要有个接收机来接收卫星信号上图就是文章中使用的1.8m碟形天线和相应的地面移动工作站，这套设备在当时相比国内堪称豪华，但是对于文章中的工作来说还是有点捉襟见肘，所以这篇文章也体现出了高深厚的信号处理功底。上图就是文章中使用的1.8m碟形天线和相应的地面移动工作站，这套设备在当时相比国内堪称豪华，但是对于文章中的工作来说还是有点捉襟见肘，所以这篇文章也体现出了高深厚的信号处理功底。在收到信号之后，大致流程是先对信号做自相关分析，得到信号的重复周期，然后去除多普勒效应对信号峰值造成的影响。自相关分析并去除多普勒效应之后的信号，竖线之间为一个信号周期然后确定初始相位（paper上这块因为自己不是通信专业的……没看懂……），这样可以在收到多个周期的信号之后从哪里将信号切成几个独立的周期。将信号周期区分开之后，为了提高信噪比，将多个周期的信号堆栈（叠加），就可以得出PRN的波形，下图显示了文章中得到的前50微秒的PRN序列，如上文所述，整个周期为1毫秒，图中是完整周期的一部分。文章还特别指出了此时尚不能确定信号的符号，但在后面猜测移位寄存器的步骤中可以一并得到结果。由此可见，要想破解卫星定位信号，或者更具体些，PRN的产生算法，我们至少要多次得到完整的信号周期，以便进行叠加并提炼移位寄存器配置。好了，现在我们回到正题，看看破解军（P）码到底有多难而对于P码（precision code，精定位码），美国人当然不笨啦，为了提高精度并防止你破解，发生电路采用的是两组各由12级反馈移位寄存器构成。。码长，而P码的时钟频率为，所以每一位宽度为，所以每一位的距离是，重复周期为（天啦，重复周期从一毫秒涨到了二百多天！！），数据传输速率为。你看，要破解的话至少要观察267天才能得到一个完整周期，比起民码一毫秒周期随随便便一观察就能得到成千上万个周期来简直是让人丧失信心。这还不算完，实际应用时P码的周期被分成38部分（每一部分为7天，码长约），其中1部分闲置，5部分给地面监控站使用，32部分分配给不同卫星，每颗卫星使用P码的不同部分，都具有相同的码长和周期，但结构不同。参照C/A码的每周重置，P码会有更复杂的重置和交换策略。你看，这么一折腾，你连得到267天的完整周期都是一件几乎不可能的事了，所以，GPS军码的破解，大概就是这么难了当然，GPS还有一些其他的更复杂的定位码，应用了更多加密措施，破解起来就更困难了。PS，既然说到，就免不了插一嘴高杏欣，正如参考文献中列出来的，她工作的内容实际上就是抢在官方发布前猜出了《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中对北斗民码的部分描述，而现在她猜出来的东西在北斗官网提供公开下载（虽然按照国内gov网站的一贯尿性，链接不好找）。所以大家大可以对这件事坐下并放宽。而对于北斗的军码部分，参照GPS的P码，北斗的军码在破解难度上至少会持平，很有可能更难，所以前一阵中科院的那个姐姐才会说，与其破解北斗军码还不如去造时间机器。就酱欢迎大家批评指正。参考资料：吴才聪《导航与通信导论》《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件2.0》 Gao G X, Chen A, Lo S, et al. Compass-M1 broadcast codes and their application to acquisition and tracking[J]. Proceedings of the Institute of Navigation (ION NTM 2008), 1.
GPS民用码的原理你应该了解了吧，伪随机序列作为码片。&br&军用的P码的伪随机序列频率更高，重复周期更长，因此精度更高。&br&&br&然而，为了防止未授权的P码使用，以及信号欺骗，在P码的基础上又叠加了一个W码，W码由一个密钥生成，这样在不知道密钥的情况下就无法解析出P码的信息，同时也就意味着无法假冒P码信号进行欺骗攻击。&br&&br&不过有个问题是，GPS卫星和接收机是采用的对称加密，即卫星把信号加密和接收机解密采用的密钥是一样的，这样一来，如果敌人得到了密钥，那么整个系统也就被攻破了。&br&&br&早期的解决方法如下，首先卫星端是不可能被敌方破解，因此卫星上的密码是安全的；接收机端的密码就得通过其他安全的渠道，比如加密信函等在军方内部发放，使用前输入到接收机中，并且密码每隔一段时间就会更换，即使不幸被敌方硬破解，该密码也就在短时间内有效而已。&br&&br&但是上述的方式有个问题，就是密钥的管理和发放太不方便了，因为密钥本身是机密信息，其发布需要严格保密。所以后来美军研发了SAASM（Selective Availability Anti-spoofing Module）选择可用性防欺诈模块，嵌入到每一个军用GPS模块中。该模块采用非对称加密，即所谓的公钥-私钥加密方式。原理如下：&br&&br&军方的GPS控制中心在升级了卫星上的对称密钥后，把密钥用接收机的公钥进行加密，然后发布出去，由于是公钥加密的，因此该加密后的密钥信息可以以任意途径公开发送，甚至通过GPS卫星本身发送。接收机收到后，把该信息载入，通过集成在内部的私钥解密，解密出的原密钥则用来对称解密GPS信号。该模块具有防破解功能，敌方即使获取实物，也无法取得内部的信息。
GPS民用码的原理你应该了解了吧，伪随机序列作为码片。 军用的P码的伪随机序列频率更高，重复周期更长，因此精度更高。 然而，为了防止未授权的P码使用，以及信号欺骗，在P码的基础上又叠加了一个W码，W码由一个密钥生成，这样在不知道密钥的情况下就无法解…
谢邀。GPS军码实际上可以看作先生成一堆伪随机数据后再进行加密生成的数据流。最常用的商用aes加密算法也不是个人能破解的。商用软件破解一般是挂钩子跳过认证或者反编译查找漏洞吧，不是直接暴力破解密码。&br&破解GPS军码和破裂winrar加密压缩文件性质类似，找一个文件用winrar加密压缩，密码长度设成256位，也基本不可能暴力破解了。
谢邀。GPS军码实际上可以看作先生成一堆伪随机数据后再进行加密生成的数据流。最常用的商用aes加密算法也不是个人能破解的。商用软件破解一般是挂钩子跳过认证或者反编译查找漏洞吧，不是直接暴力破解密码。 破解GPS军码和破裂winrar加密压缩文件性质类似，…
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GIS博士在读