GPS信号L1频段C/A码的产生、自相关特性以及模糊函数

GPS系统早期发射的信号只有L1(1575.42MHz)和L2(1227.60MHz)两个频段。其中，L1频段上调制了C/A码和P(Y)码，L2频段上调制了P(Y)码；C/A码对普通用户开放，P(Y)码只对授权用户开放。

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L1频段的C/A是第一种民用信号，码长1023，码速率1.023MHz，周期1ms，码片宽度约1us。上面调制有导航电文，速率为50bps。L1 C/A码信号到达地面信号强度为-160~-153 dBW之间，GPS现代化以后，信号功率有所提高。

GPS系统是一个基于码分多址的系统，所有的卫星共用相同的频点，各卫星之间通过PRN码来进行区分，这就要求PRN码具有良好的自相关和互相关特性。PRN码在系统中又被用作测距码。

今天结合精品课程《 精品课程 | 导航卫星信号分析与GNSS-SAR仿真 》一起来看看C/A码的产生以及自相关和互相关特性以及模糊函数图。

图13 C/A码发生器

C/A码是一种周期为1023个码片的GOLD码，调制在L1载波上，其产生原理如图13所示。在设计之初选择了37个PRN码，其中1~32号由卫星使用，33~37保留给地面使用。以1号卫星为例，产生的C/A码如图14所示。

图14 1号卫星C/A码

C/A最重要的特性是其相关特性，包括自相关和互相关。高的自相关峰值可以用于确定C/A码的码相位，作为测距使用。低的互相关峰值可以保证不同卫星之间不会产生干扰。

图15 C/A自相关和互相关图

产生1号卫星和2号卫星的C/A码，分别作自相关和互相关运算，结果如图15所示。从图中可以看出，C/A码的自相关函数有一个尖峰，表示当延迟为0时，C/A码完全对齐，相关值非常大，而延迟超过一个码片后，相关值迅速下降。

利用C/A码的强自相关特性有助于精确测量主峰的位置，确定C/A码的起始位置。而互相关函数则一直保持较低水平，说明不同卫星之间的C/A码没有相关性，不会互相影响。

C/A码的模糊函数以及模糊函数的频率切片和时延切片如图32所示。