GPS测量原理及其应用 p45 46距离测量与定位方法（五）

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Z-跟踪技术与 AS 防欺骗技术原片 @ 00:09*

Screenshot-[00:09]

1. AS 技术（Anti-Spoofing）与码的结构

P 码（Precision Code）：带宽较大（10.23 MHz），码元宽度仅为 C/A 码的 1/10，因此测距精度较高。
AS 技术：为了保密，卫星不直接发射 P 码。在 P 码的基础上加上W 码（加密码），生成完全保密的Y 码。
- 公式关系：Y = P \oplus W（模 2 相加）。
问题：接收机虽然知道 P 码结构，但不知道 W 码，因此卫星发射的 Y 码与接收机产生的 P 码无法直接相关，导致无法进行常规测距。

2. Z-跟踪技术（Z-tracking）原理

W 码特性：W 码的码速率较低（约 500 kbps），一个 W 码码元对应约 20 个 P 码码元。
相关处理：
- 如果在 W 码的一个码元宽度内（W 码保持不变），Y 码要么等于 P 码（当 W=0），要么等于 P 码的反相（当 W=1，即 P 码的 0 变 1，1 变 0）。
- 接收机利用已知的 P 码与接收到的 Y 码进行相关运算。
- 结果：
  - 当 W=0 时，相关系数为 +1（对齐）。
  - 当 W=1 时，相关系数为 -1（反相）。
- 通过取相关系数的绝对值或平方，可以判断信号是否对齐，从而实现测距。
局限性：
- 积分时间受限于 W 码的宽度（必须在 W 码翻转前完成积分），导致信噪比（SNR）比纯 P 码跟踪要低（通常下降 3dB 左右）。
- 虽然精度不如直接 P 码相关，但比 C/A 码精度高，且解决了非特许用户无法使用 P 码的问题。

1. 为什么要进行载波相位测量

Screenshot-[11:34]

1. 载波信号的调制特性

GPS 信号采用 BPSK（二进制相移键控） 调制。
载波上调制了 测距码（Ranging Code） 和 导航电文（Navigation Message）。
相位翻转：
- 当二进制码为 0 时，载波相位不变。
- 当二进制码为 1 时，载波相位改变 180^\circ（即 \pi）。
- 数学表达：信号表现为 A \cos(\omega t + \phi) 或 -A \cos(\omega t + \phi)，相位在 0 和 \pi 之间跳变。

2. 测量的难点

Screenshot-[16:40]

1. 原理（Code Wiping）

在接收机内部产生一个与卫星信号结构完全相同的复制码（测距码）。
调整接收机复制码的相位，使其与接收到的卫星信号对齐。
解调过程：
- 将接收到的信号与复制码相乘。
- 根据二进制逻辑：0+0=0（不变），1+1=0（180^\circ + 180^\circ = 360^\circ \rightarrow 0^\circ）。
- 凡是码元为 1 导致相位翻转的地方，再次乘以 1 后相位又翻转回来，从而恢复为连续载波。

2. 优缺点

优点：可以同时获得伪距观测值和导航电文；恢复出的载波是全波长，信噪比好。
限制：必须已知测距码的结构。
- 适用于 C/A 码（公开已知）。
- 不适用于 L2 频段的 Y 码（如果不知道 Y 码结构，无法产生复制码进行剥离）。

Screenshot-[21:40]

1. 原理

2. 结果

本节课深入讲解了 GPS 高精度定位中的关键技术。首先介绍了在 AS（反欺骗）加密环境下，如何利用 Z-跟踪技术（Cross-Correlation），通过已知 P 码与加密 Y 码的相关性来实现对 Y 码的测距，尽管信噪比略有损失。

随后，课程重点转向 载波相位测量，指出为了达到毫米级精度，必须使用波长极短的载波信号。但由于载波上调制了测距码和导航电文导致相位不连续，因此测量前必须进行 重建载波。视频详细对比了两种重建方法：