GNSS信号频点综述

GNSS 信号频点综述信号频点综述 1 GPS 系统的信号体质系统的信号体质 GPS 的所有信号分量都是基于同一个频率产生的 MHzf23 10 0 两种载波 即 MHzffL42 1575154 01 MHzffL60 1227120 02 GPS 卫星信号的两种信号分量 测距码和数据码是采用调相技术调制到载 波上的 且调制码的幅值只取 0 或 1 在载波上 调制有 C A 码 P 码 或 Y 码 的数据码 完整的信号结构 1 L 为 在载波上 只用 P 码进行双相调制 其信号结构为 2 L 其信号图示如下 1 图 1 GPS 码率示意 111 11 cos sin LPiiLCiiL StA P t D ttA C t D tt 22 2 cos LPiiL StB P t D tt 基本频率 10 23MHz 204560 10 154 120 1575042 MHz C A码 1 023MHz P码 10 23MHz 数据码或D码 50BPS 1227 60 MHz P码 10 23MHz 数据码或D码 50BPS 2 L 1 L 图 2 GPS 各信号示意 其信号功率分配图如下 1 图 3 GPS 信号功率分配图 1999 年 1 月 25 日由美国副总统发表了进行 GPS 现代化的文告 文告指出 一是要发展军码和强化军码的保密性能 加强抗干扰能力 二是要阻扰地方的 使用 事假干扰 三十要保持再有威胁地区以外的民用用户有更加精确更安全 的使用 GPS 现代化第一阶段 发射 12 颗改进型的 GPS BLOCK R 型卫星 在 上加载 CA 码 在和上试验性的加载新军码 M 码 2 L 1 L 2 L 下图为新增 M 码后的信号频点图示 2 图 4 GPS 新增 M 码后信号功率示意 GPS 现代化第二阶段 发射 6 颗 GPS BLOCK F 型卫星 除上述功能外 在此还增加了频点 作为新的民用频点 5 L GPS 现代化第三阶段 发射 GPS BLOCK 型卫星 计划用近 20 年的时间 完成 GPS 计划 取代目前的 GPS 3 下图为 GPS 现代化各阶段的信号分配图示 4 图 5 GPS 现代化进程各阶段信号功率分配图 下图为不同时期军用 民用信号的说明 5 图 6 GPS 军用 民用信号对比 2 GNOLASS 系统的信号体质系统的信号体质 GLONASS 是 global navigation satellite system 的首字母缩写 是前苏联从 80 年代初开始建设的与美国 GPS 系统类似的卫星定位系统 现由俄罗斯空间局 管理 其卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码 S 码和 P 码 下图为 GLONASS 的信号频点图示 4 图 7 GLONASS 信号功率分配图 由上图可见 GLONASS 系统采用了频分多址技术 FDMA 这与 GPS 系 统采用的码分多址技术 CDMA 有很大差别 它虽然能容纳的用户有限 且 接收到的信号质量不如 CDMA 技术 但它解算相对简单不存在伪码错误 所以 还是有一定的可用价值 不过俄罗斯也在计划为 GLONASS 更新为 CDMA 技 术 3 Galileo 系统的信号体质系统的信号体质 伽利略卫星导航系统 Galileo satellite navigation system 是由欧盟研制和 建立的全球卫星导航定位系统 该计划于 1999 年 2 月由欧洲委员会公布 欧洲 委员会和欧空局共同负责 下图为 Galileo 系统的信号分配图 6 图 8 Galileo 信号所占频带示意 表 1 Galileo 各信号介绍 信号种类信息内容数据率信息类型加密 E5a低速导航电文50bit s免费导航否 E5b高速导航电文 搜救回执250bit s完全导航未定 E6c高精度导航电文1000bit s商业导航是 E6p高速导航电文250bit s政府用导航是 L1f高速导航电文200bit s完全导航否 L1p高速导航电文250bit s政府用导航是 下图为 Galileo 系统的完整信号功率分配图 7 图 9 Galileo 信号功率分配图 下图为 Galileo 系统 E2 L1 E1 频段的信号分配图示 8 图 10 GalileoE2 L1 E1 频段的信号分配图 下图为 Galileo 系统 E6 频段的信号分配图示 8 图 11 GalileoE6 频段的信号分配图 下图为 Galileo 系统 E5 频段的信号分配图示 8 图 12 GalileoE5 频段的信号分配图 下图为 Galileo 系统在 E2 L1 E1 频段与 GPS 信号的对比图示 8 图 13 Galileo 与 GPS 在E2 L1 E1频段的信号对比图 4 北斗系统的信号体质北斗系统的信号体质 北斗一号是利用地球同步卫星为用户提供快速定位 简短数字报文通信和 授时服务的 一种全天候 区域性的卫星定位系统 系统由两颗地球静止卫星 80 E 和 140 E 一颗在轨备份卫星 110 50 E 中心控制系统 标校系统 和各类用户机等部分组成 其工作频率为 2491 75MHz 系统能容纳的用户数为 每小时 540000 户 具有卫星数量少 投资小 用户设备简单价廉 能实现一定 区域的导航定位 通讯等多用途 可满足当前我国陆 海 空运输导航定位的 需求 北斗二号是一个类似 GPS 的全球卫星导航定位系统 从 2007 年开始正式建 设 该系统将有 5 颗静止轨道卫星和 30 颗非静止轨道卫星组成 采用 东方红 3 号卫星平台 30 颗非静止轨道卫星又细分为 27 颗中轨道 MEO 卫星和 3 颗倾 斜同步 IGSO 卫星组成 27 颗 MEO 卫星平均分布在倾角 55 度的三个平面上 轨道高度 21500 公里 北斗卫星导航系统的官方宣布 在 L 波段和 S 波段发送导航信号 在 L 波 段的 B1 B2 B3 频点上发送服务信号 包括开放的信号和需要授权的信号 9 表 2 北斗信号频点展示 频点序号频点范围调制方式 B1 频点1559 052MHz 1591 788 MHz QPSK 2 B2 频点1166 220MHz 1217 370 MHz BPSK 2 BPSK 10 B3 频点1250 618MHz 1286 423 MHz QPSK 10 以下为北斗二代的信号在各频点上的图示 10 图 14 北斗 B1 频点信号展示 图 15 北斗 B2 频点信号展示 图 16 北斗 B3 频点信号展示 通过第三节和第四节的对比不难发现 Galileo 系统和北斗系统也存在着 频谱的重合 下图可以明显体现 图 17 北斗 B3 频点与 Galileo E6 频点信号对比 5 GNSS 中四大系统的信号频点对比中四大系统的信号频点对比 下图为四大系统所占频带的图示 图 18 四大系统所占频带展示 下图为四大系统的幅频曲线对比图示 11 图 19 四大系统在各频带上的幅频图像 下图为四大系统的各种信号在不同频点上的对比图示 10 图 20 四大系统信号占用对比 图 21 四大系统信号占用对比 1 2 3 4 http ieeexplore ieee org ieee pilot articles 96jproc12 jproc CHegarty 2006090 figures html 5 6 7 http www esa int Our Activities