主動(dòng)測距與被動(dòng)測距

GPS屬于被動(dòng)式衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在被動(dòng)式測距系統(tǒng)中，用戶天線只需要接收來自這些衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，從而就可測得用戶天線至衛(wèi)星的定位距離或定位距離差。這種發(fā)送測距信號(hào)和接收測距信號(hào)分別位居兩個(gè)不同地方的測距方式，稱為被動(dòng)測距。用它所測得的站星定位距離，并利用已知的衛(wèi)星在軌位置，可推算出用戶天線的三維位置。這種基于被動(dòng)測距原理的定位，稱為被動(dòng)定位。如果發(fā)送設(shè)備所發(fā)射的測距信號(hào)經(jīng)過反射器的反射或轉(zhuǎn)發(fā)，又返回到發(fā)送點(diǎn)，為其接收設(shè)備所接收，進(jìn)而測得測距信號(hào)所經(jīng)歷的定位距離。這種發(fā)送和接收測距信號(hào)位于同一個(gè)地方的測距原理，稱為主動(dòng)測距。用它所測得的站星定位距離和已知的衛(wèi)星在軌位置，也可推算出用戶現(xiàn)時(shí)的三維位置。這種基于主動(dòng)測距原理的定位，稱為主動(dòng)定位 。

GPS偽距測量

GPS全球定位系統(tǒng)采用多星高軌測距體制，以定位距離作為基本觀測量，通過對(duì)4顆衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行偽距測量，即可推算出接收機(jī)的位置。由于測距可在極短的時(shí)間內(nèi)完成，即定位是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，故可用于動(dòng)態(tài)用戶。

現(xiàn)代測距實(shí)質(zhì)上是使用無線電信號(hào)測量其傳播時(shí)間來推算定位距離。可以測量往返傳播延遲，也可以測量單程傳播延遲。往返傳播測距即主動(dòng)測距，要求衛(wèi)星與用戶均具備收發(fā)能力。對(duì)用戶來說，這不僅大大增加了儀器的復(fù)雜程度，而且從隱蔽性來看也是十分不利的，因?yàn)榘l(fā)射信號(hào)易造成暴露。單程測距（即被動(dòng)測距）則在很大程度上避免了上述的缺點(diǎn)。但單程測距要求衛(wèi)星與用戶接收機(jī)的時(shí)鐘同步。如果兩個(gè)時(shí)鐘不同步，那么在所測量的傳播延時(shí)時(shí)間中，除了因衛(wèi)星至用戶接收機(jī)之間定位距離所引起的傳播延遲之外，還包含了兩個(gè)時(shí)鐘的鐘差。要達(dá)到衛(wèi)星與用戶時(shí)鐘同步，在實(shí)際工作中很難做到，但可通過適當(dāng)方法解決。

偽隨機(jī)碼與偽隨機(jī)碼測距

在有噪聲干擾的情況下，綜合考慮測距精度、信號(hào)帶寬、所需功率及不同衛(wèi)星識(shí)別等問題，全球定位系統(tǒng)采用了偽隨機(jī)碼測距技術(shù)。偽隨機(jī)碼又稱為偽噪聲碼，是一種可以預(yù)先確定并可以重復(fù)地產(chǎn)生和復(fù)制，又具有隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性的二進(jìn)制碼序列。在深空通信場合，利用偽隨機(jī)編碼信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)低信噪比接收，大大改善了通信的可靠性，且可實(shí)現(xiàn)碼分多址通信。此外，利用偽隨機(jī)編碼信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)高性能的保密通信。這些特點(diǎn)正符合GPS系統(tǒng)的技術(shù)要求。

根據(jù)信號(hào)檢測理論的普遍結(jié)果，在噪聲為具有均勻功率譜的白噪聲條件下，測距的最佳接收機(jī)是一個(gè)相關(guān)接收機(jī)。這種接收方式是用發(fā)射信號(hào)的復(fù)制信號(hào)（稱為本地信號(hào)）和所接收到的信號(hào)與噪聲之和進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，然后通過測量相關(guān)函數(shù)的最大值的位置來確定目標(biāo)的定位距離。從相關(guān)接收的方式來看，要求測距信號(hào)具有類似白噪聲的自相關(guān)特性。偽隨機(jī)碼測距技術(shù)就是這一思想的體現(xiàn) 。

用偽隨機(jī)碼測定信號(hào)傳播延遲，需檢測相關(guān)輸出的極大值。這只能靠逐碼位地移動(dòng)本地碼進(jìn)行檢測?？紤]到檢測是在積分器進(jìn)行積分之后進(jìn)行的，積分時(shí)間又不宜太短，這樣檢測到最大相關(guān)輸出就要花費(fèi)一定的時(shí)間，即需要一定的捕獲時(shí)間。在事先不知道待測定位距離及站鐘鐘差的情況下，碼越長，所需要的捕獲時(shí)間就越長。為了縮短捕獲時(shí)間，GPS衛(wèi)星還播發(fā)一種短碼，即C/A碼，也稱租碼。由于C/A碼是采用兩個(gè)具有良好互相關(guān)特性的同碼序列構(gòu)成的戈?duì)柕麓a族，與P碼保持同步，所以在捕獲C/A碼后，可以很方便地捕獲P碼