到被测卫星所发出的信号，追踪卫星的运行。接收到的接收天线和卫星之间的伪距离和伪距离的变化率可以通过数据处理软件和微处理器，进行解码、运算，最终得出用户所在的三维地址信息。接收机硬件部分由天线单元、电源和主机组成，由内外两个直流电源供电。使用两个电源的目的是，当用外部电源时内部电源会自行充电，当设备外部电源关断后，内部电源就会把已经充满的电给RAM存储器供电，防止数据遗失。
2.2 GPS信号结构
2.2.1 GPS信号产生
GPS卫星信号是发生在两个L波段频率的载波信号L1和L2，两个载波频率分别是L1的主频率fL1和L2的次频率fL2。在L波段进行调制可以避免拥挤，因为L波段的频率占据使用比率和其他波段相比要低一些，有助于全球性观测；L波段上更容易进行扩频（将低比特率的电文转换成高比特率的组合码，有利于卫星信号的保密性），发送宽带信号；L波段大气偏差和电离偏差小，接收设备可以更简单、更经济地接收和测量。每一颗卫星均有唯一的扩频码或伪随机序列，由此调制出载波频率。这两个载频[2]分别为：
L1载波的载频fL1?154?f0?1575.42MHz L2载波的载频fL2?120?f0?1227.6MHz
(2-1） (2-2）
其中，f0?10.23MHz是卫星信号产生器的标准频率。
GPS信号是由载波信号（L1、L2）、测距码（C/A码、P码）和数据码（D码，即导航电文）组成的调制波，这三种信号都是在f0的基准上产生调制而出的，这三种信号彼此都会存在联系，互相成比例，如表2-1所示。在GPS技术中，通过基准频率和存在的这种比例关系，有利于实现发射和接受的时间同步。
表2-1 GPS信号的频率关系
相关频率 基准频率F C/A码的码频 P码的码频 D码的码频 基频F 10.23F F/10 F F/204 600 载频fL1 154F 载频fL2 120F fL1 /1540 /154fL2fL2 /1200 /120fL1fL1 /31 508 400fL2 /24 552 000 7
下面介绍GPS信号的产生，产生示意图如图2-2所示。
图2-2 GPS卫星信号的产生
如图2-2所示，从左往右来看，左边开始是基于f0分别产生了L1、L2的载波信号，左下方的限幅器用来稳定伪随机码（P码和C/A码），下方的数据产生器产生50b/s的导航电文（数据码）D码，记为D?t?。第一级，用50Hz的D码分别去调制码率高达10.23MHz的P码和1.023MHz的C/A码，分别记作P?t?和CA?t?，将D码和它们俩分别进行模二相加（二进制加法），结果产生一个组合码P?t?D?t?、CA?t?D?t?；第二级，利用调制好的两组组合码提供给L1频率的两个BPSK调制器进
行二级调制，将调制后的P码信号衰减3dB和调制后的C/A码相加，最终形成发送给用户设备的已调波L1（其中在调制L1载波时，C/A码和P码之间有90°的相位差）。同样的，L2载波上的调制与在L1段上的大致一致，L1和L2的调制区别在于，L1调制需要P?t?D?t?、CA?t?D?t?和D?t?三种码，而L2调制可以利用其中之一来调制。最终卫星发射出L1、L2这两种调制波。从GPS卫星传来的L1、L2调制波，可以分别表示为SL1和SL2：
SL1?t??APP?t?D?t?cos??1t??1??AcC/A?t?D?t?sin??1t??1?SL2?t??BPP?t?D?t?cos??2t??2?
(2-3） (2-4）
其中：AP和BP分别为P码在L1、L2载波上调制时产生的振幅；Ac是C/A码在L1载波上调制时产生的振幅；?1和?2分别是L1和L2的载波角频率；?1和?2分别是L1载波和L2载波的初始相位。
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2.2.2 GPS卫星的导航电文
导航电文[3]（即数据码D码），是通过二进制数据码的形式发送给用户设备的导航定位数据，是定位跟踪获取导航信息的数据基础。它主要涵括了星历、时钟修正、电离修正、工作状态等信息、粗测码C/A码转换到P码捕获的信息以及全部卫星的概略星历，如图2-3所示。
图2-3 各帧导航电文的内容
导航电文是以50b/s比特率在L1载波频率上进行传输的，发送一帧电文需要30秒，一子帧的持续发送时间为6秒，一个完整的导航电文需要1.2分钟。导航数据的基本格式是一个包括5个子帧（每一个子帧300bit）的长为1500bit的一个主帧，如图2-4所示。
图2-4 导航电文的组成格式
每个子帧的前两个字分别为遥测字（TLM）和交接字（HOW）。遥测字用于表明卫星注入数据的状态；交接字用于帮助用户将捕获到的C/A码转换为捕获到捕获P码的数据信息。除了遥测字和
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交接字，每一个子帧还包括8个字的数据信息。
这里分别介绍5个子帧中的主要数据：
子帧1：卫星时钟和健康状态数据，用于确定导航电文是何时从卫星发射的以及说明数据是否可靠，称为第一数据块；
子帧2和3：卫星星历数据，用于确认卫星的位置信息，称为第二数据块； 子帧4和5：支持数据，包含了空中所有GPS卫星的历书数据，成为第三数据块。 2.2.3 C/A码及其产生
伪随机噪声码（PRN码），是一种具有一定周期的取值为二进制数0、1的离散符号串。它具有良好的自相关性和一定的编码原则，并且是可人工复制的有规律的码序列。GPS定位运用了伪随机码编码技术，通过卫星发射的测距码信号P码和C/A码进行测距。
图2-5给出了GPS系统应用码分多址技术（CDMA）产生直接序列PRN码的流程方框图。卫星发出的每个合成的PRN码通过前两个另外的码发生器导出，第二个码发生器的输出在第一个码发生器的输出进行模二相加合并之前，例如G2发生器相对G1发生器延时diTg，这个延时的量不是唯一的，每一个延时的量都和卫星的PRN号码是有关的。对于P码而言，延时的基码与卫星的PRN号码一致；而在C/A码的情况下，每颗卫星都有位移的延时基码，表2-1列出了这些延时。由于本文仿真中只研究了1-32号卫星，表2-2中只列出这32个特别的延时基码。
图2-5 GPS码发生器
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