军方和民用领域需要连续实时并且精确的导航。美国国防部在1973年4月计划研究创建新一代的卫星导航和定位系统，这个项目的办公室主任是空军上校B。Parkinson。他在1973年12月提出了一个让美军接受的方案。这个方案就是公所周知的全球定位系统（GPS）。全称为授时与测距导航系统又叫全球定位系统，它是一个基于人造卫星、面向整个地球的全天候无线电定位、定时系统[5]。

1。2  GPS的组成概况

GPS由三个独立部分组成：空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。整个GPS系统一体化工作流程可以简单的描述如下。先由空间星座部分的各颗GPS卫星向地面设备发射GPS卫星信号，然后由地面监控部分通过接收和测量每个卫星发来的GPS卫星信号，来确定卫星的运行轨道，并将卫星的运行轨道信息发射给卫星，再让卫星在其发射的信号上转播这些卫星运行轨道信息。最终由用户设备部分通过接收、测量各颗可见卫星的信号，并从信号中获取卫星的运行轨道信息，进而确定用户接收机自身的空间位置。

1。3  GPS的发展及现状论文网

1。4  本文工作简介

（1）详细介绍GPS信号软件接收机在定位过程中需要用到的两个信息：载波和伪码。

（2）详细介绍GPS卫星信号的两种基本的跟踪环路的原理，即载波跟踪环路和码跟踪环路。

（3）将载波环和码环结合起来设计一个完整的跟踪环路，并用MATLAB编写程序，试着运行。

（4）分别在低动态和高动态下仿真，并设置不同的噪声带宽来观察噪声带宽对跟踪环路跟踪效果的影响。

2  GPS信号及其导航电文

2。1  载波

由GPS卫星发出的GPS信号上搭载着很多层信息，一般在构成上可分为三个层次：载波、伪码和数据码。其中载波一般被视为GPS卫星信号中的最底层，伪码和数据码一般依附在正弦波形式的载波上，再由卫星将调制后的载波信号播发出去。

每颗GPS卫星用两个L波段频率来发射载波无线信号。其中载波L1的频率ƒ1为1575。42MHz，载波L2的频率ƒ2为1227。60MHz。这两个载波频率由下图数据可知均属于特高频波段。载波的波长和频率的关系如下：    （2。1）

根据这个公式，我们得出L1的波长λ1约为19厘米，而L2的波长λ2约为24。4厘米。

图 2。1  电磁波频谱

2。2  伪码

GPS信号结构中的第二层是伪码信息。伪码可以大概分为m序列、组合码和非线性码这三种类型。

GPS为了识别和复制伪码信息，一般都要求其具有良好的自相关和互相关性。在载波L1上调制有C/A码和P(Y)码，而在载波L2上只调制有P(Y)码。C/A码和P(Y)码都属于伪码，而伪码在GPS中又被用来作为测距码。卫星向接收机发射卫星信号，GPS信号接收机接收到的卫星信号中的伪码和载波通过跟踪环路剥离出来，再将复制的伪码进行相关运算测量出接收信号中伪码的相位。通过一系列伪码的信息可以计算出伪距测量值来测量出从卫星到接收机的空间距离。

C/A码属于金码，它的周期为1023个码片，即一个C/A码的长度为1023个码片。C/A码的码率为1。023×106码片/秒，即每毫秒重复一周。C/A码的码宽约等于977。5ns或300m。

C/A码的优点在它良好的自相关和互相关特性。任意C/A码的自相关函数在τ为整数码片时的值只能等于1,63/1023或-65/1023。如图2。3是PRN1自相关函数的一部分。

图 2。3  C/A码的自相关函数

2。3  数据码

C/A码是用来实现码分多址和测距的，是GPS信号中最重要的一层，但是这种结构固定的伪码必然不能传递任何导航电文数据信息。数据码一列载有导航电文的二进制码，属于GPS信号中的第三个层次。数据码采用了不归零制的二进制编码方式，码率为50bps，它会产生主峰频宽为100Hz的数据脉冲信号。