GNSS信号频点综述.doc
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GNSS信号频点综述
一、GPS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:
两种载波,即:
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,完整的信号结构为:
在载波上,只用P码进行双相调制,其信号结构为:
其信号图示如下[[]
]:
图1GPS码率示意
图2GPS各信号示意
其信号功率分配图如下[1]:
图3GPS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GPSBLOCKⅡR型卫星。
在上加载CA码,在和上试验性的加载新军码(M码)。
下图为新增M码后的信号频点图示[[]
]:
图4GPS新增M码后信号功率示意
GPS现代化第二阶段:
发射6颗GPSBLOCKⅡF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。
GPS现代化第三阶段:
发射GPSBLOCKⅢ型卫星。
计划用近20年的时间完成GPSⅢ计划,取代目前的GPSⅡ[[]
]。
下图为GPS现代化各阶段的信号分配图示[[]http:
//ieeexplore.ieee.org/ieee_pilot/articles/96jproc12/jproc-CHegarty-2006090/
figures.html
]:
图5GPS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[[]
]:
图6GPS军用、民用信号对比
二、GNOLASS系统的信号体质
GLONASS是globalnavigationsatellitesystem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7GLONASS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。
三、Galileo系统的信号体质
伽利略卫星导航系统(Galileosatellitenavigationsystem),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[[]
]:
图8Galileo信号所占频带示意
表1Galileo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[[]http:
//www.esa.int/Our_Activities/Navigation/The_future_-_Galileo/Galileo_
navigation_signals_and_frequencies
]:
图9Galileo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[[]
]:
图10GalileoE2-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11GalileoE6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12GalileoE5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13Galileo与GPS在E2-L1-E1频段的信号对比图
四、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[[]http:
//zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%97%E6%96%97%E5%AF%BC%E8%
88%AA%E7%B3%BB%E7%BB%9F
]。
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-1591.788MHz
QPSK
(2)
B2频点
1166.220MHz-1217.370MHz
BPSK
(2)+BPSK(10)
B3频点
1250.618MHz-1286.423MHz
QPSK(10)
以下为北斗二代的信号在各频点上的图示[[]
]:
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GalileoE6频点信号对比
五、GNSS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[[]
]:
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