GNSS信号频点综述.docx

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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：

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[]：

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[]：

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[]。

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