GNSS信号频点综述

1、GNSS信号频点综述、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：f 010 .23 MHz两种载波，即：fLi 154fo 1575.42 MHz fl2 120 f° 1227 .60 MHzGPS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L1载波上,调制有C/A码、P码(或丫码)的数据码，完整的信号结构为:在L2载波上，只用P码进行双相调制，其信号结构为：Sl1 (t)ApR(t)Dj(t)cos( jt 1) AcG(t)Di(t)sin( -t J其信号图示如下：Sl2 (t)Bp P (t)

2、Di (t) cos( L?t 2)/41AP(Y)IIII-r-T , a用。157S.42MHzPM /<11191111Carnets (L1L2)iTlTnrn1 d2 3 W<JPSCfA 亠 Code (L1)Data (L1X!_"(AS) Encryption P becomes (Y)PRu-mi iSMfft K*vig (PSK) ModulJlmn$0 BPSU U LTLTL4JU;Y Codta iiiun_riRirLJin_njTrvLnvwvwwv* 540 Cychai ix»r C A Cnip ijnrr a丄一jfnTm

3、nr 亠,理1四1耳时rTrrruwfkMi anF>>uto* (90* Out ofR(CSci<?7He GPS C&rrir Module tian SignetsGPS Signa! Structure宁叭汕讥恻皿SMWM财w训AMMM/WMMMM伽ANow w (jrri'eclvOffFKffquenty Dittief<On All ALwwo Srarials)图2 GPS各信号示意其信号功率分配图如下：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:用，事假干扰；三十要保持再有威胁地

4、区以外的民用用户有更加精确更安全的使Spread Spectrum Signal, *20dB below a receiver ambient noise level| Sard to represent energy of a 25 watt light bulb at 11.000 miles distance)是要发展军码和强化军码的保密性能,加强抗干扰能力;是要阻扰地方的使h 1 023 1G.23I MHzih* IQ 23M« 1023 MHz:MH?IIIMH11眈店 MHz158/42 MHZ121S.C1227.4GPS现代化第一阶段：发射12颗改进型的GPS B

5、LOCK n R型卫星。在L?图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图上加载CA码，在Li和L 2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:1SS7 42VH?图4 GPS新增M码后信号功率示意图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图GPS现代化第二阶段：发射6颗GPS BLOCK H F型卫星。除上述功能外,在此还增加了 L5频点，作为新的民用频点GPS现代化第三阶段：发射 GPS BLOCK川型卫星。计划用近20年的时间 完成GPS川计划，取代目前的GPSH 3。下图为GPS现代化各阶段的信号分配图示4:I A-codeh I

6、II'L5L2LI<11765 MHz)(1227.6 MHz)U575.42 MHz>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:Civil SignalsCurrentRadtOfiavigatin I Radronvigaliori$e(vitn lARNS? Bond iServices RNSS BJHa$96CJ2B MHz 畀R悴箜阳胪对 1315 1240 15C161OMHjMHzFrequency In MHz*L5 一 【軸 Q5*qcIe$ (flQWModemhedFr#qu#riey1164.45 ICurre

7、nt1215 12401575.42C/A-codes1575.42C/A-cod«s1S63 4；p/¥-codes122f.»(L21刃生轻(11)CM-codM (for civil A mihtrvprr<«iesL2tCpode* (nawI11&B.4& T Jf215122?®No 硯41科 messfige onL5 quadrature signal)1 Military SignalsYFrequency InMHzModernizedP/Y-codei122t6FrtqutncyL2P/Y-cod&#

8、171;sC/A-cod«M-cod»sA/ofe 1: Ntlitary M-codet jre m definiuon.15 c(m|ps (I ft Q-codesi) ar(? KnecifiMlNore ?; Modulalion envelopes tor onfy the code pckncipdl sign* lobea are shown.Note J； Phase qua哇ratveare thownbelow lh« oNgm hnw.图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图图6 GPS军用、民用

9、信号对比、GNOLASS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:<-1 LQS 12 1<-1238 - 1253 Ml (kJ<-153 - 161 2 Ml lr)图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图图5 GPS现代化进程各阶段信号功率分配图图7 GLONASS信号功率分配图图5 GPS现代化进程各阶段信号功率

10、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（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。E5下图为Galileo系统的信号分配图：-1E6c

11、:1260-1300Q-oiw -t- - - r r hr”：1544.21559-159fE2-L1-E1E5a i E5bGPS L51164-1215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.图9 Gali

12、leo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:F2 lUmlI I IllMlllSr如图10 GalileoE2-L1-E1频段的信号分配图-CiiHIru KI OSA E4hUI'KSu=-xp- =£2-下图为Galileo系统E6频段的信号分配图示 :GulHeo £6 C'S 1H仙星 PUot (,Jili-o F6 PRS±_、?HP_-10i»USd $£=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:Gdlilro 15h rki

13、mlGM90 E5 I【bHko l：5 Q-7tl -8t»<K» t11N»E5b (J卜 I"叫Vi(h mm to The farrier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:P?H三 ar一 2ZFl RamiIkini!tilra Fl OS Alkiiidi luh小伽59 t Sp4'Vf图13 Galileo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

14、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

15、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ME6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1559.052MHzn1591.788MHzQPSK(2)B2频点1166.220MHzn1217.370MHzBPSK(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10:3r

16、削C"otnp«*"feB RI 1<B l QK0t Hill 1111 H 'llUMk图14北斗B1频点信号展示<R2 T*in yI (Ml图15北斗B2频点信号展示iB3 I< unijiAs H5 “-二-匸HP 一 =/.孟Wd 三图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:-2Uupz工燮£itHIGuliktb t b( > llutii <vftlilen I1 h < X Pilnl <Nk»

17、 Kh PKS< HJ I< nntpjss KJ Q图17 北斗B3频点与Galileo E6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:GJElLI1GD处EE61215 M12«M1164 MGALILEOII1500 MGPSLI1610 MB1MBGLONAS5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:电0.02I998.1K>25Lie： IK)C(IJ)LHJHI1磁砧I BOC(1MI BOCI15,15)VIMiiornsiI KU0<ii 他L5/L3L3OF4JSFUL?,2W116

18、6I円”然fI5RQCBOC H：iLI ROC(2J>川期<JM；?norUP37 壮占 M BOCfJU. 5i-A t8,19 3Q.4& I沁5!坯l*fl.*JMSKjJI 厂图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:<Bl li>U-ndr«l It.indn»»Hu vid12"讣h l -i 鼻 I二 1*聲 1_1<I ；lBJfc f 7A < mlrGIF t at Piiwi <3M dU PS W inlt -< r|llB3|« I-/1%, f "< I1 4 iMl-r< ImlrHidlrdi 11 I I< "iviMpMw Iin44-mlr Ji B l QMU一=三-!>-T_?!=_«图20四大系统信号占用对比Giiliho 卜詈 QCwwlilm E5 I1* I £ IGPS ESQ也讥I ( Urff-m imI t&l