GNSS信号频点综述解析

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：MHzf23.100两种载波，即：MHzffL42.157515401MHzffL60.122712002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1L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2L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[1]：图1GPS码率示意11111()()()cos()()()sin()LPiiLCiiLStAPtDttACtDtt222()()()cos()LPiiLStBPtDtt基本频率10.23MHz÷204560÷10×154×1201575042MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHz数据码或D码50BPS1227.60MHzP码10.23MHz数据码或D码50BPS2L1L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2L上加载CA码，在1L和2L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[2]：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5L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[3]。下图为GPS现代化各阶段的信号分配图示[4]：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[5]：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[6]：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[7]：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[8]：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[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－1591.788MHzQPSK(2)B2频点1166.220MHz－1217.370MHzBPSK(2)+BPSK(10)B3频点1250.618MHz－1286.423MHzQPSK(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[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][5][6][7][8][9][10][11]