大学毕业设计一席谈v2之十一 扩频通信系统(11)GPS 信号和北斗信号
- 作者优秀
- 优秀教师/博士学历/特邀专家/独家讲师
- 平台推荐
- 内容稀缺
这个系列之前写了十篇文章（第十篇涉及的是信噪比等效），应该说是把扩频通信系统涉及的环节都讲清楚了。现在讲讲扩频通信在实际生活中的应用和其他形式比如跳频。扩频系统在当代最常见的应用就是卫星导航系统，之前是CDMA2000，可惜该系统已经退出市场了。互联网生活中根本离不开导航，以前是用美国人的卫星，现在我国用的是自己的卫星。意义不一样！！！导航系统不自主，国家安全隐患太大！！！2024年开始，本系列会每年增加一篇文章，延续这个课题，让大家能够感受到扩频通信的广泛应用。本文内容超级长，请大家耐心看完。先和大家一起简单了解一下国防利器—北斗卫星导航系统！这是由我国自主建设运行的卫星导航系统，可以为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时(PNT)服务的国家重要空间基础设施。北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)已于2020年7月正式开通，目前BDS-3星座包括3颗地球静止轨道(geostationary earth orbit，GEO)卫星、3颗倾斜轨道(inclined geosynchronous orbit，IGSO)卫星及24颗中地球轨道(medium earth orbit，MEO)卫星。其中，24颗MEO卫星分别由中国空间技术研究院(China Academy of Space Technology，CAST)及上海微小卫星工程中心(Shanghai Engineering Center for Microsatellites，SECM)研制。
这两个系统的主要信号采用了两种不同的调制方式，虽然最终都是PSK调制，但是细节相差较大。通过理论学习和仿真来强化掌握扩频通信知识，这也是本人力荐的学习方式！建议从GPS信号开始学起！
GPS 信号！
GPS 的导航频段采用的是 L1（1575.42MHz）、L2（1227.6MHz）和 L5（1176.45MHz）三个频段。具体技术参数如图所示。
再看编码方式。在L1信号上没有编码，只要信息帧层面有CRC校验，因此直接跳过编码内容来到导航信息帧的格式部分！ 帧结构：一个完整的导航信息帧由5个子帧（Subframes）组成。每个子帧包含300比特，总共1500比特（5 × 300比特）。 卫星健康状态（Satellite Health）：6比特 轨道参数（Ephemeris Data）：232比特（包括卫星的轨道参数） 导航数据：300比特（帧中的第301到600比特） 轨道参数（Ephemeris Data）：232比特（继续包括轨道参数） 导航数据：300比特（帧中的第601到900比特） 轨道参数（Ephemeris Data）：232比特（继续包括轨道参数） 导航数据：300比特（帧中的第901到1200比特） 系统参数（System Parameters）：112比特 导航数据：300比特（帧中的第1201到1500比特） 帧标识符（Frame ID）：标识子帧的类型或序号。 时间标记（Time of Week）：卫星时间的周内时间（以秒为单位）。 卫星健康状态（Satellite Health）：指示卫星是否正常工作。 轨道参数（Ephemeris Data）：包含描述卫星轨道的各种参数，如半长轴、偏心率、倾斜角等。 发射时间和其他信息：包含相关的时间和系统参数信息。 系统参数（System Parameters）：包括系统时钟偏差、参考时间等。 这次可是让国外AI根据本人的要求一步一步的写程序，效果如何呢？让大家看完代码再看看本人的分析！文本文件和m文件的差异就是后缀名不同，其他完全一致！ 能用吗？肯定不行。但本人可以在此基础上修改和完善使其符合仿真要求！这就是AI目前的水平，虽然不能完全符合要求，但可以给出大概的框架，省去本人很多写基础代码的时间！明显的错误就是没有扩频过程和解调端使用了IIR滤波器！还有个工程常识没有体现在程序中，就是仿真只能产生中频信号，不能产生射频信号！为什么呢？留给读者去思考！
等过了几个月，我再来进行测试，看看ChatGPT有没有进化！！！确实有了改正错误的能力，只不过改专业性强的代码还是漏洞较多，那就需要自己来找出程序的问题了！一起来看看记录下老师修正程序过程的视频！先看看如何使用AI改程序！
不断进化的人工智能或许让你感到恐惧！然后来看程序的编写过程！
此刻需要附上代码！此时看代码会很有感觉！
% Generate C/A code for different satellites satellite_prn = 1; % Example satellite PRN number (1-32) ca_code = code_gen(satellite_prn); % Generate C/A code for the specific PRN ca_code_length = length(ca_code); %%%%%% Generate navigation data frame %%% For simplicity, generate dummy data for 5 subframes subframe_length = 300; % Length of each subframe in bits subframes = zeros(5, subframe_length); % Initialize 5 subframes subframes(1, :) = randi([0 1], 1, subframe_length); % Subframe 1 
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