galileo系統(tǒng)開放服務技術性能指標和功能驗證

galileo系統(tǒng)開放服務技術性能指標和功能驗證

1galileo系統(tǒng)的導航信號指數(shù)1.1galileo系統(tǒng)的基本導航服務1.1.1精確授時服務galileo系統(tǒng)開放服務提供免費定位、導航和其他服務，適用于車載網(wǎng)絡系統(tǒng)和移動電話定位等應用。開放服務也提供精確授時服務,適合于網(wǎng)絡的授時服務或者時間基準方面的應用。性能指標見表1。1.1.2galileo系統(tǒng)信號模型相對開放服務而言,商業(yè)服務提供附加價值的應用。商業(yè)服務取決于Galileo導航信號的設計,技術性能指標取決于商業(yè)廣播數(shù)據(jù)的質(zhì)量和當?shù)赝ㄐ畔到y(tǒng)的技術指標。系統(tǒng)支持在開放服務的Galileo系統(tǒng)信號內(nèi)附加加密的數(shù)據(jù);并支持精度為分米級的差分定位應用;系統(tǒng)支持Galileo定位應用和無線通信網(wǎng)絡的應用。1.1.3與其它不同操作系統(tǒng)的組合救生服務的功能符合ICAOSARPs定義的APV-Ⅱ的要求。在系統(tǒng)定義階段,驗證了各種用戶(包括陸地、鐵路、海洋和機器人應用等)的需求,均可以得到滿足。Galileo系統(tǒng)與其它導航系統(tǒng)的組合方式有:Galileo+ENGOS+GPS、Galileo+GPS、Galileo+ENGOS幾種,其系統(tǒng)定位精度都將滿足CAT-1需求。如果Galileo系統(tǒng)能夠依靠ENGOS系統(tǒng)播發(fā)詳細的電離層校正信息,則系統(tǒng)單頻信號可以提供與雙頻信號近似的系統(tǒng)性能。目前這個觀點正在從技術和經(jīng)濟兩個方面加以驗證。其他可以使單頻信號精度提高的技術也在評估之中。Galileo系統(tǒng)的完整性覆蓋范圍是全球性的,系統(tǒng)架構正是按此需求優(yōu)化。性能指標見表2。1.1.4具有靈活性公共管制服務由專用頻率段提供,從而保證歐洲國家公共安全在歐盟國家的連續(xù)性。例如警察、國內(nèi)安全、法律執(zhí)行、國內(nèi)危機、GMES和其他的政府行為。公共管制服務具有靈活性,為了防止惡意的干擾、阻塞或攻擊,用戶的使用權將受到限制。通過限制接入用戶的方法達到授權使用的目的。性能指標見表3。1.1.5本地技術的應用本地部分的功能根據(jù)市場需要、法律法規(guī)和項目的資金狀況來確定。如果由本地設備提供差分信號,將使單頻用戶的定位精度優(yōu)于1m;如果差分站的播發(fā)時間間隔為1s,且本地服務商采用附加數(shù)據(jù),結(jié)合三載波模糊度解算(TCAR)技術的使用,則用戶的定位精度可以提高到10cm;如果輔助使用無線通信網(wǎng)絡(GSM/UMTS),則可以在比較困難的環(huán)境里(如市內(nèi)的峽谷或家庭內(nèi)部)應用;如果本地地面站播發(fā)類GPS(偽GPS)信號,則在某個確定的地區(qū)增加Galileo系統(tǒng)的可用性。性能指標見表4。1.2基于cospas-ssat的災難定位確認Galileo系統(tǒng)的搜救功能與現(xiàn)存的COSPAS-SARSAT系統(tǒng)、GMDSS系統(tǒng)和泛歐洲運輸網(wǎng)絡服務兼容。Galileo系統(tǒng)與以往的搜救系統(tǒng)相比,在定位精度和授時上均有改善。災難浮標的確定是在Galileo系統(tǒng)所提供的搜救功能的基礎上,通過COSPAS-SARSAT系統(tǒng)完成的。系統(tǒng)的延遲時間是指從浮標首次激活到災難定位的確定時間,從浮標到S&R地面站的檢測時間小于10min。對于通信鏈路而言,從浮標到S&R地面站的誤碼率小于10-5。數(shù)據(jù)率為6條/min信息,每條信息長度為100b。系統(tǒng)的可用性大于99%。1.3gsm/umts方案2這項服務的基礎是Galileo系統(tǒng)與現(xiàn)存無線通信系統(tǒng)(GSM/UMTS)之間的整合。在Galileo導航衛(wèi)星的適當位置加裝通信系統(tǒng)的有效載荷。此方案正在評估之中。這種服務適合于管制應用,并允許從用戶到中心的短信息雙向傳輸。2galileo系統(tǒng)的信號和頻率2.1測距系統(tǒng)的信號結(jié)構同其它的衛(wèi)星導航系統(tǒng)一樣,Galileo系統(tǒng)的導航信號也包含3種信號分量:載波、測距碼和數(shù)據(jù)碼(導航電文)。導航信號將測距碼和數(shù)據(jù)調(diào)制到天線載波上,由星上轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)。Galileo系統(tǒng)在所輻射的載頻上以雙相相移鍵控方式調(diào)制測距用的偽隨機測距碼和導航用的星歷數(shù)據(jù)。Galileo系統(tǒng)使用的信號結(jié)構有兩種方案:一種是5種導航信號調(diào)制在4個載波頻率段上;另一種是調(diào)制在3個載波頻率段上。Galileo星座可以在全球范圍內(nèi)提供開放、商業(yè)性、救生和公共管制服務等5種導航信號。每種導航信號包含1～2個測距碼和導航數(shù)據(jù)。測距基于測距碼和數(shù)據(jù),同時可以完成Galileo差分功能。公共管制的導航服務包含兩種管制的導航信號,并在測距碼和導航數(shù)據(jù)上加密。這兩種信號根據(jù)開放信號、商業(yè)性信號和救生信號的不同將占用不同的頻譜。這樣,當對開放信號進行阻塞時,其他頻段的信號不受干擾。1加密使用的時間測距碼和數(shù)據(jù)可以是開放或是加密的以控制服務的使用,加密可以是永久或是暫時的。因此允許對信號和數(shù)據(jù)動態(tài)劃分來響應用戶、市場的需求或者其他的考慮,例如安全因素。2模型試驗數(shù)據(jù)的應用拒絕是指系統(tǒng)拒絕使用的能力,主要預防未授權用戶的誤用。拒絕功能源于安全因素的考慮,主要應用于測距碼。但是在某些情況下(例如商業(yè)性目的)也會應用于導航數(shù)據(jù)。對加密測距碼的拒絕功能的實現(xiàn)可以通過關鍵管理來完成。對于開放服務的拒絕使用通過當?shù)仡l率的阻塞來完成,例如通過包含相同測距碼的導航信號頻率的干擾。3本地數(shù)據(jù)的應用一般用于開放、商業(yè)服務和救生服務。通過在每一個頻率上的測距差分測量得到精確的電離層校正數(shù)據(jù)。每一種導航信號包括兩種測距碼。原則上測距碼不加密,因為這些信號是支持開放和救生服務的。但是對于商業(yè)性應用,應考慮數(shù)據(jù)短缺的問題。在這種情況下,將利用本地的資源提供增值服務,例如無線通信網(wǎng)絡(UMTS/GSM)。對于是否與救生服務相兼容,還在進一步分析之中。4第三是導航信號從上面兩種信號中分開,支持當?shù)氐木軠y量,基于3個載波相位模糊解技術(TCAR)的使用。5信號和數(shù)據(jù)服務當衛(wèi)星不在視野的時候(如用戶在隧道、地鐵內(nèi)等),可提供增強信號和數(shù)據(jù)服務,考慮在商業(yè)性、救生和公共規(guī)范服務中使用。由于對測距碼的加密要求不是特別嚴格,考慮到對TCAR的應用問題,需要本地的測量。這些本地的測量因此將加密以控制用戶的使用。6炮點發(fā)射-檢測galileo地面信息時,Galileo衛(wèi)星支持提供增強的COSPAS-SARSAT搜救服務。當用戶從浮標發(fā)信息時,該信息被搜救轉(zhuǎn)發(fā)器接收,下行被地面站接收,并發(fā)送到救護中心處理。這些發(fā)送通過頻率的劃分來實現(xiàn)。當行動已經(jīng)采納,COSPAS-SARSAT地面站發(fā)送反饋信息(一種已知的消息)或者Galileo地面部分的輔助信息,這些信息將被送到報警源。這時通過上行到可見導航星,信息調(diào)制在導航信號中,由Galileo用戶接收機接收。增強救生允許用戶和救生中心之間的通信。7通信發(fā)送器目前正在演示階段。這個轉(zhuǎn)發(fā)器將支持與導航相關的通信服務。2.2galileo系統(tǒng)的信號結(jié)構推薦的Galileo系統(tǒng)的信號頻率如下。1mtids和galileoMHz。這個頻段帶寬為24MHz,共存DME、JTIDS/MTIDS和Galileo服務。目前推薦的頻率為1202MHz或1207MHz。這個頻率段支持開放救生服務。26段，覆蓋12601300MHz。這個頻段帶寬為30MHz,支持公共管制服務和開放服務(商業(yè)加密和TCAR技術)。32級，15591563MHz。這個頻段使用公共管制服務,考慮2個主要的選項,一種嚴格的信號頻譜的限制不會影響到臨近的頻段。4衛(wèi)星星歷和超幀數(shù)據(jù)上傳MHz。這個頻段采用開放和救生服務。對于E2將有兩種考慮的方案,一種嚴格的信號頻譜的限制不會影響到臨近的頻段。根據(jù)所考慮頻率的帶寬,E1和E2載波的碼片寬度為2～4Mcps。E6載波為5～10Mcps(碼速率受到使用PRS和TCAR的影響)。E5載波為10～20Mcps。在每一個載波的可能的數(shù)據(jù)速率為1000bps。對于支持位置的計算,50bps是嚴格需要的(例如GPS)。有足夠的容量來支持系統(tǒng)完整性、救生和商業(yè)性數(shù)據(jù)通過每一個載波的通道。導航信息被定義成幀格式反復播發(fā)。所以,當數(shù)據(jù)通道沒有被完全占據(jù)時,基本的導航數(shù)據(jù)可以重復播發(fā)從而減少初次定位的時間。在衛(wèi)星導航中,用戶為了利用衛(wèi)星確定自己的位置,需要知道衛(wèi)星當前的準確位置。因此Galileo衛(wèi)星星歷中應含有下列內(nèi)容:衛(wèi)星當前時間;時鐘校正量;衛(wèi)星當前位置、速度和加速度各分量;衛(wèi)星上述數(shù)據(jù)是否正確的表示字等。此外,為了更快地截獲其它衛(wèi)星,還發(fā)射其它衛(wèi)星的位置和速度的近似值(歷書數(shù)據(jù))。在Galileo系統(tǒng)中,傳送的數(shù)據(jù)可分為兩大類。一類稱為可操作信息,其更新率為0.5h,在定義該數(shù)據(jù)實際時間之前15min傳送。在此時間前、后15min的數(shù)據(jù)由用戶前推或后推得到。這類數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星時標、輻射頻率與標準值之差、衛(wèi)星位置和速度。另一類稱為不可操作信息(歷書數(shù)據(jù)),其更新率為24h。它包括預報的全部衛(wèi)星狀態(tài)、各衛(wèi)星與Galileo系統(tǒng)時的差值、各衛(wèi)星軌道參數(shù)以及Galileo系統(tǒng)時的修正參數(shù)等。與GPS通過發(fā)射6個軌道根數(shù)來代表星歷不同的是,Galileo通過發(fā)射衛(wèi)星在SGS-85地心坐標系中的位置X、Y、Z和速度X′、Y′、Z′來代表星歷數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)的更新率為0.5h。Galileo系統(tǒng)采用哪一種形式目前正在確定之中。Galileo系統(tǒng)幀格式設計如下。系統(tǒng)以超幀、幀、子幀的形式發(fā)送數(shù)據(jù)。超幀傳送整個系統(tǒng)完整的歷書,傳送1個超幀需2.5min。1個超幀包括5幀數(shù)據(jù),每幀占用時間30s。1幀內(nèi)含15個子幀,每一子幀占用時間2s,傳送100個信息位。其中第1～4子幀用來傳送輻射信號衛(wèi)星的星歷(可操作信息)