GNSS信号频点综述

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：

f010.23MHz

两种载波，即：

fL1154f01575.42MHz fL2120f01227.60MHz 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L1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：

SL1(t)APPi(t)Di(t)cos(L1t1)ACCi(t)Di(t)sin(L1t1)

在L2载波上，只用P码进行双相调制，其信号结构为：

SL2(t)BPPi(t)Di(t)cos(L2t2)其信号图示如下[1]：

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图1 GPS码率示意

图2 GPS各信号示意

其信号功率分配图如下[1]：

÷204560基本频率10.23MHz÷10L1×1541575042MHzC/A码1.023MHzP码10.23MHz数据码或D码50BPS 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：L2P码数据码或D码×120一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

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1227.60MHz10.23MHz50BPS.

用。

GPS现代化第一阶段：发射12颗改进型的GPS BLOCK ⅡR型卫星。在L2上加载CA码，在L1和L2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4 GPS新增M码后信号功率示意

GPS现代化第二阶段：发射6颗GPS BLOCK ⅡF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 Ⅲ型卫星。计划用近20年的时间完成GPS Ⅲ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]：

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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]：

图6 GPS军用、民用信号对比

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二、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[4]：

图7 GLONASS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（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。

下图为Galileo系统的信号分配图[6]：

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图8 Galileo信号所占频带示意

表1 Galileo各信号介绍

信号种类 E5a E5b E6c E6p L1f L1p 信息内容 低速导航电文 高速导航电文、搜救回执 高精度导航电文 高速导航电文 高速导航电文 高速导航电文

数据率 50bit/s 250bit/s 1000bit/s 250bit/s 200bit/s 250bit/s 信息类型 免费导航 完全导航 商业导航 政府用导航 完全导航 政府用导航 加密 否 未定 是 是 否 是 下图为Galileo系统的完整信号功率分配图[7]：

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图9 Galileo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：

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图10 GalileoE2-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]：

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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[8]：

图12 GalileoE5频段的信号分配图

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下图为Galileo系统在E2-L1-E1频段与GPS信号的对比图示：

[8]

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

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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 B1频点 频点范围 1559.052MHz－1591.788MHz 调制方式 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[10]：

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图14 北斗B1频点信号展示

图15 北斗B2频点信号展示

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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Galileo E6频点信号对比

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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]：

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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

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图21 四大系统信号占用对比

单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。

[1] http://wenku.baidu.com/view/eb748f3331126edb6f1a107b.html [2] http://wenku.baidu.com/view/1ff2cf7ea26925c52cc5bf55.html [3] http://wenku.baidu.com/view/256dafefb8f67c1cfad6b88b.html

[4] http://ieeexplore.ieee.org/ieee_pilot/articles/96jproc12/jproc-CHegarty-2006090/ figures.html

[5] http://wenku.baidu.com/view/1ff2cf7ea26925c52cc5bf55.html [6] http://wenku.baidu.com/view/70aacf92dd88d0d233d46a4d.html

[7] http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation/The_future_-_Galileo/Galileo_ navigation_signals_and_frequencies

[8] http://www.navipedia.net/index.php/Galileo_Signal_Plan

[9] http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%97%E6%96%97%E5%AF%BC%E8% 88% AA%E7%B3%BB%E7%BB%9F

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[10] http://www.navipedia.net/index.php/COMPASS_Signal_Plan [11] http://www.insidegnss.com/node/648

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