GNSS信號頻點綜述

1、GNSS信號頻點綜述、GPS系統(tǒng)的信號體質(zhì)GPS的所有信號分量都是基于同一個頻率產(chǎn)生的：f010 .23 MHz兩種載波，即：fLi 154 fo 1575.42 MHz fl2 120 f°1227 .60 MHzGPS衛(wèi)星信號的兩種信號分量：測距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波 上的，且調(diào)制碼的幅值只取 0或1。在L1載波上,調(diào)制有C/A碼、P碼或丫碼的數(shù)據(jù)碼，完整的信號結(jié)構(gòu)為:在L2載波上，只用P碼進(jìn)行雙相調(diào)制，其信號結(jié)構(gòu)為：Sl1 (t)ApR(t)Dj(t)cos(L1t1)AcC(t)Dj(t)sin(L1t1)其信號圖示如下：SL2(t)BpP(t)Di (t)cos

2、( L2t2)Corners- (L1/L2)yHtjlllTTiata (L1 L_2(AG) EncryptionP becomes (Y)nnnt.4G Cycles iwr C A'Chip nnTfrirtniTiinrWlUULlxHI IEt、/匸 IT faI uVimrirLf 曜i r jwqj.U14I-LTLTTJnJll!V，C<KfeBi?儼 A ¥曽:駕他訓(xùn)曲WMWM個訓(xùn)AMAVMl/V訓(xùn)VWVWAAVMMi OffFrequency Dither<On AH Abow4 SKifMlsi圖2 GPS各信號示意其信號功率分配圖如下：G

3、PS Signal StructureL2L11215*MHz13Z7.C1S3S.610.23hMH21023 MHzMHzP(Y)1.421537.42 MHzSpread Spectrum Signal, -20dB bQl心鼎 a receiver ambient noise leverI Said to repr«ent energy of a 25 watt light bulb at 11.000 miles distance)圖3 GPS信號功率分配圖1999年1月25日由美國副總統(tǒng)發(fā)表了進(jìn)行 GPS現(xiàn)代化的文告，文告指出： 一是要開展軍碼和強化軍碼的保密性能， 加強

4、抗干擾能力；二是要阻擾地方的使 用，事假干擾；三十要保持再有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更加精確更平安的使 用。GPS現(xiàn)代化第一階段：發(fā)射12顆改進(jìn)型的GPS BLOCK n R型衛(wèi)星。在L?上加載CA碼，在Li和L2上試驗性的加載新軍碼M碼F列圖為新增M碼后的信號頻點圖示:Newvau1»7 42121M圖4 GPS新增M碼后信號功率示意GPS現(xiàn)代化第二階段：發(fā)射6顆GPS BLOCK H F型衛(wèi)星。除上述功能外,在此還增加了 L5頻點，作為新的民用頻點GPS現(xiàn)代化第三階段：發(fā)射 GPS BLOCK川型衛(wèi)星。方案用近20年的時間完成GPS川計:劃，取代目前的GPSH 3。F列圖為GPS

5、現(xiàn)代化各階段的信號分配圖示4:Block /ILOA/IIRBlock 1IR-MJL P(Y>cfKk.(A-CikIcA-cck1cBlock ilFLP(Y-code-cod cM L Til.'*C/A-c&4eB1«kUI上“卜噸V 7irequencyL5L2LJ(1176J5 MHz(1227.6 MHz)H575.42 MHz)Block IJIF列圖為不同時期軍用、民用信號的說明5：Civil SignalsCurrentAerondufical RadfOnavigQtiOin I RadiDnavi：gjition$efVK« |

6、ARN$i Bjitd |Services RNSS BjndS154.1s10MH2SMJItS MH? JRN&S)Qn4 &-仃刪 I 、C/Aodes (for civil £ mmury use)Frequency In MHzrLS - I&. QScdn !newModernized117G.iFrecueney*t1<4 45 'L2tCQd«5 (newCurrent(215 Mo ddlo«>LiQuadraiuie sionai)Military SignalsUfrequency in MHzMo

7、dernizedFrequencyNon 1： Nilitary M co<ki are m dcfmdion, m $ b L 5 cod«s (I A Q-ccdM)剖穩(wěn) 4p#ctfi«dWore 2： UoduiMion env(lop«» lor on»y code principa* *)o(i犀 lobei «re shown,Nd* 31 Phatv quadratir tinvlf art chown below th« oruui HhmGA-codes15ZM2M-cod«sL21571

8、42 (VOP/Y-codesP/Y-cades / .丿WA P/Y-Cde£ C/A*cod«tC Z yn1 H1S614 護(hù)P/Y-codes122F.釘L右158也圖6 GPS軍用、民用信號比照、GNOLASS系統(tǒng)的信號體質(zhì)GLONASS 是 global navigation satellite system的首字母縮寫，是前蘇聯(lián)從 80 年代初開始建設(shè)的與美國 GPS系統(tǒng)類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，現(xiàn)由俄羅斯空間局管理。其衛(wèi)星的載波上也調(diào)制了兩種偽隨機(jī)噪聲碼：S碼和P碼以下圖為GLONASS的信號頻點圖示:1213 MlliJ-Kl I lr.)圖7 GLONASS信

9、號功率分配圖由上圖可見，GLONASS系統(tǒng)采用了頻分多址技術(shù)FDMA，這與GPS系 統(tǒng)采用的碼分多址技術(shù)CDMA丨有很大差異。它雖然能容納的用戶有限，且接 收到的信號質(zhì)量不如CDMA技術(shù)，但它解算相對簡單不存在偽碼錯誤，所以還 是有一定的可用價值。不過俄羅斯也在方案為 GLONASS更新為CDMA技術(shù)。三、Galileo系統(tǒng)的信號體質(zhì)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)Galileo satellite navigation system，是由歐盟研制和 建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該方案于 1999年2月由歐洲委員會公布，歐洲 委員會和歐空局共同負(fù)責(zé)。以下圖為Galileo系統(tǒng)的信號分配圖：E5E6E2-L1

10、-E1E5a 1 E5biGPS L51260-1300L1f I L1p-a._- - - - - 一 &_- 一GPS LiGorss1164-12151544.21559-159/圖8 Galileo信號所占頻帶示意表1 Galileo各信號介紹信號種類信息內(nèi)容數(shù)據(jù)率信息類型加密E5a低速導(dǎo)航電文50bit/s免費導(dǎo)航否E5b高速導(dǎo)航電文、搜救回執(zhí)250bit/s完全導(dǎo)航未定E6c高精度導(dǎo)航電文1000bit/s商業(yè)導(dǎo)航是E6p高速導(dǎo)航電文250bit/s政府用導(dǎo)航是L1f高速導(dǎo)航電文200bit/s完全導(dǎo)航否L1p高速導(dǎo)航電文250bit/s政府用導(dǎo)航是圖9 Galileo信號

11、功率分配圖F列圖為Galileo系統(tǒng)E2-L1-E1頻段的信號分配圖示8:圖10 GalileoE2-L1-E1頻段的信號分配圖F列圖為Galileo系統(tǒng)E6頻段的信號分配圖示:u=s:s£p =丈二 2mGuUleo 16 < SPiloi(lilvit E6 PRS-10020L GPS L5 阪m!I圖11 GalileoE6頻段的信號分配圖F列圖為Galileo系統(tǒng)E5頻段的信號分配圖示:Gtilileo E$ I <Tulilm E5 Q MlK5hU2 2S j< 葉艸山呻omt訶山“和恤聰叭陽|MN .圖12 GalileoE5頻段的信號分配圖F列圖為

12、Galileo系統(tǒng)在E2-L1-E1頻段與GPS信號的比照圖示8:V2 BjdULI tkindFl Bu»id料q城n<? f>n；to時刖1» El CIS A <.PS L1< 1>IM 4；KI» PRSCiPS cv l ( inlrGPS U C Fl Io I<；PJi Pn H<；PS I HitTr 八圖13 Galileo與GPS在E2-L1-E1頻段的信號比照圖7三=-=瓷 *§二牛£四、北斗系統(tǒng)的信號體質(zhì)北斗一號是利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供快速定位、簡短數(shù)字報文通信和授時效勞的。

13、一種全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星(80 ° E 和140°° E)、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和各類用戶機(jī)等局部組成。其工作頻率 為2491.75MHz系統(tǒng)能容納的用戶數(shù)為每小時 540000戶。具有衛(wèi)星數(shù)量少、投 資小、用戶設(shè)備簡單價廉、能實現(xiàn)一定區(qū)域的導(dǎo)航定位、通訊等多用途，可滿足 當(dāng)前我國陸、海、空運輸導(dǎo)航定位的需求。北斗二號是一個類似GPS的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，從 2007年開始正式建 設(shè)。該系統(tǒng)將有5顆靜止軌道衛(wèi)星和 30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，采用“東方 紅 -3號衛(wèi)星平臺。30顆非靜止軌道衛(wèi)星又細(xì)分為 27顆中軌道(MEO)衛(wèi)星和

14、3 顆傾斜同步(IGSO)衛(wèi)星組成，27顆ME6星平均分布在傾角55度的三個平面上， 軌道高度21500公里。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的官方宣布，在L波段和S波段發(fā)送導(dǎo)航信號，在L波段的B1、B2、B3頻點上發(fā)送效勞信號，包括開放的信號和需要授權(quán)的信號9表2北斗信號頻點展示頻點序號頻點范圍調(diào)制方式B1頻點QPSK(2)B2頻點BPSK(2)+BPSK(10)B3頻點QPSK(10)以下為北斗二代的信號在各頻點上的圖示10:W2M/-寧工;:三-£ 三=一 at ss S-伽MlIUObrnfv Bl J<lil Q-圖14北斗B1頻點信號展示< 屮n B2 I< *1111

15、 pj%* B2 QII f“7ICMI圖15北斗B2頻點信號展示圖16北斗B3頻點信號展示通過第三節(jié)和第四節(jié)的比照不難發(fā)現(xiàn)，Galileo系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)也存在著頻 譜的重合，以下圖可以明顯表達(dá)：<raNlrib kb IBmInESCS PiM<«iHko H> LKS<m I圖17 北斗B3頻點與Galileo E6頻點信號比照五、GNSS中四大系統(tǒng)的信號頻點比照F列圖為四大系統(tǒng)所占頻帶的圖示:,E5i(L5)L2E6E6LBjL51164 M1212氐Oh：G.LTEOE1LILIGPS北斗鱷資頰BOOMCLONES圖18四大系統(tǒng)所占頻帶展示F列圖為四大

16、系統(tǒng)的幅頻曲線比照圖示11GPS _Gl,()N.SS 一 tum"；【門和SS GPS/GALII F.O <；AblIT(IJ75.lfl5Z5i42r1S,D62:I沁norI54IM>'515*5.,I! BOC(IO)1MRr>C(l5.2 9：C)Ci6,ILS7A?VI DO.(L0.5iL2SFJ J Liliin.?t121)1.74 JlKifl. W8L5/L3l.SROCI81»LIC1KXJ1J)L2OJILM.hlWfrlklM 尸)2122M1215圖19四大系統(tǒng)在各頻帶上的幅頻圖像F列圖為四大系統(tǒng)的各種信號在不同頻點

17、上的比照圖示10:CIII Intrfiflrtl-=£石三L-711< li n 1 i-i* I I Vtiiiii!KI riN di OFM 1 tr Im鼻<rli C h < fimlr "1% |.|< Ftl«lI .Tit odeCrIubhum ( ' / X ( ' Mil? <.il<lRdAA I1 ( "lid v liilmdlrAt Hl I<Ivtl-mdlifdi Bl <J-AllF2 BurntionHit ti<l(rutil«4i 卜Jrlundf7二-*葉如m畑-Esmaz-一 墓=Nfi<；I os SS I * IkoiJr,rs 15 ihimi圖20四大系統(tǒng)信號占用比照Galileo g