欧洲伽利略卫星导航系统和定位技术

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信息（也叫导航信号），另一个信号使用相同的波形承载１∞ｂｉｔ／

ｓ的定位信息。Ｇａｌｉｌｅｏ物理层信号采用每秒合２０４６个码片的二

进制调频机制，而２０４６ＭＨｚ的调频信号与一个同样是２０４６ＭＨｚ

的伪随机码（８１８４★２５）进行调制，每ｌ∞毫秒重复一次。目

前Ｇａｌｉｌｅｏ信号所采用的调制方式仍处于改进中团。

图５多径干扰及码相位错误关系图

采用ＧａｌｉＩｅｏ信号进行定位，接收器的带宽为８ＭＨｚ时，

定位的最大错误小于２０米，并且市区环境中存在的大量典型

反射信号不会影响定位处理过程的精度，只有当多径延迟超

过８０ｍ时对定位精度有一些影响，如图３中的“ＧａＩｉＩｅｏ，

ｄｅｌｆ：１２２ｎｓ”曲线所示。所以，Ｇａｌｌｌｅｏ大幅改善了定位服务的

准确性和可用性。

１．２Ｇａ…ｅｏ信号误比特率性能的改进

图１ＧＰｓ与ＧａＩｉＩｅｏ空间信号调制方法比较Ｇａｌｉｌｅｏ卫星定位信号被设计成可以让ＵＥ得知该信号是图２显示了在相同的接收条件下，Ｇａｌｉｌｅｏ信号比ＧＰＳ信否是相关卫星的导航数据，这样当定位信号发生错误时就可

号有更高的准确性。其中横坐标为信号的信噪比，纵坐标为以避免通过公共陆地移动网络（ＰＬＭＮ）发送应答信号。事实

错误相位码的均方根【ＲＭＳ）。另外，Ｇａｌｉｌｅｏ信号的长度为上每一个Ｇａｌｉｌｅ。定位信号都包含一个“卫星导航帧（ＳＮＦ）”

ｌ∞ｍｓ，如果用户终端《ＵＥ）可以在１００ｍｓ的时间内与网络绝对的字段，该字段在每次传输时发生改变，改变主要集中在卫

时间达到同步，ＵＥ就没有必要对定位数据信息进行解码以消星传输的定位数据部分。由于Ｇａｌｉｌｅｏ信号的定义及数据的编

除时间偏移。码特陛，其误比特率（ＢＥＲ）要比ＧＰＳ信号的ＢＥＲ低得多，从

而使得Ｇａｌｉｌｅｏ系统在独立进行定位的模式下具有更好的系统

表现。

图２ＧＰｓ和ＧａＩｉｌｅｏ信号性能比较

１．１Ｇａ川ｅｏ信号抗多径干扰的性能改进

多径干扰主要由于大气的反射、折射和衍射等现象引起，影响卫星信号的传输并干扰ＵＥ的定位测量，可能导致一个卫星信号的完全丢失，或引起定位的严重错误。这些不良影响在高密度的市区环境中是非常致命的，多径反射会影响ＵＥ的定位测量，造成定位错误和定位延时。图３显示了在一种典型的结构中，多径干扰对卫星区域性测量所造成的影响，此时载波功率与多径干扰功率的比为６ｄＢ。

为了提高定位精度，可以对ＧＰＳ信号进行改进，采用窄带相关技术，这意味着需要使用更宽的接收器带宽（８ＭＨｚ），使多径干扰在振幅上大幅减小，但仍会影响定位的准确性，如图３中的“ＧＰＳ，ＮａｒｒｏｗＣｏｒｒｅｌａｆｏｒ，ｄｅｌｆ＝１２２ｎｓ”曲线所示。

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图４Ｇａｍｅｏ定位数据信息在物理层得处理过程图４是获取Ｇａｌｉｌｅｏ定位数据的过程，具体步骤为：（１）在１９２个有效数据信息前增加一个预先定义的８符号长度的同步码元，使得每秒有２００个符号；（２）对１９２个有效数据符号进行交织处理，交织深度为８，长度为２４；（３）对交织后的数据信息进行维特比解码，由初始的１９２个符号码元译码为９６ｂｉｌ的数据信息，其中包含３ｂｉｆ的ＳＮＦ、７５ｂｉｆ的定位数据信

息、１２ｂｉｃ的ＣＲＣ校验信息、６ｂｉｆ的Ｆｌｕｓｈ信息。

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图５所示为不同信噪比时ＧＰＳ和Ｇａｌｉｌｅｏ信号的ＢＥＲ，Ｇａｌｉｌｅｏ空间信号的抗衰落特性明显优于ＧＰＳ空间信号。

图５ＧＰｓ／ＧａｍｅｏＢＥＲ性能比较

２伽利略卫星导航系统定位性能

目前，第３代移动通信系统中的定位技术大致可分为３类：基于网络的定位技术、基于移动台的定位技术和混合的定位技术。

基于网络的定位技术主要依靠网络自身固有的定位能力（如移动台所在小区的Ｃｅｌｌ—ＩＤ、对上行链路信号衰减程度的测量、ＡＯＡ、ＴｃＯＡ等｝对移动台进行定位。主要方法有：基于Ｃｅｌｌ—ＩＤ和时间提前量ＴＡ（ＴｉｍｉｎｑＡｄｖａｎｃｅ）的方法、上行链路信号到达时间测量（ＴＯＡＪ、上行链路信号到达时间差测量（ＴＤＯＡｌ以及上行链路信号到达角度测量（ＡＯＡ）。

基于移动台的定位方法要求移动台参与定位参数的测量和移动台位置的求解计算，需要对现有移动台内部的软硬件进行修改和升级。一种方案是在移动台内部集成ＧＰＳ接收机，利用成熟的ＧＰＳ技术实现对移动台的定位。但若在手机内部集成ＧＰＳ接收机会带来诸如手机体积增大、能耗过大、成本高及ＧＰＳ接收机首次定位时间过长等问题。故如何充分利用无线网络的定位能力，经济、有效地实现对移动台的定位成为备种定位技术所面临的主要的问题。已提出的基于移动台的方法主要存下行链路观测到达时间差（ＯＴＤＯＡＪ方法、蓝牙技术、基于ＧＰＳ的定位技术如差分ＧＰＳ（ＤＣ括）Ｓ）、辅助的ＧＰＳ（Ａ—ＧＰＳＪ等。

由于每种定位技术都有其优点和缺陷，因而将若干种技术综合以取长补短成为一种良好的选择。辅助的ＧＰＳ定位技术，原理如图６所示，无线通信网络侧不停的监听ＧＰＳ卫星的信号，以获得对定位有帮助的辅助信息。当手机需要定位时，无线通信网络将监听到的定位辅助信息（ＧＰＳ捕获辅助信息、ＧＰＳ定位辅助信息等）和位置计算辅助信息（ＧＰＳ历书及修正数据、ＧＰＳ星历等）传给手机，手机决速完成对ＧＰＳ卫星的捕获，接收相关的ＧＰＳ位置信息。若手机采用的是基于

网络的Ａ—ＧＰＳ解决方案，则将测得的ＧＰＳ位置信息传输给网络，然后由网络完成最终的经纬度位置计算。着手机采用基于终端的解决方案，则在测得ＧＰＳ位置信息后自己计算出最终的经纬度位置信息。采用Ａ—ＧＰＳ方法能大大减少ＧＰＳ算法的初始定位时间，提高了手机定位的灵敏度。

目前，在Ｇａｌｊｌｅｏ定位技术的基础上，又产生了ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｑａｔｉｏｎＳａｆｅｌｌｉｆｅＳｙｓｆｅｍ）技术。ＧＮＳＳ泛指全球导航卫星系统，包括利用ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ和ＧＡＬＩＬＥ０全球卫星定位系统中的一个或多个系统进行导航定位，提供卫星的完备性检验信息（ＩｎｔｅｇｒｉｔｙｃｈｅＣｋｉｎｇ｝和足够的导航安全｜生告警信息，本文泛指联合Ｇａｌｉｌｅｏ与ＧＰＳ的定位系统。

图６Ａ—ＧＰＳ定位原理

如果采用Ａ—Ｇａｌｉｌｅｏ或Ａ—ＧＮＳＳ定位技术，其原理与Ａ—ＧＰＳ相同，只是定位信号由ＧＰＳ变为Ｇａｌｉｌｅｏ或ＧＮＳＳ。典型的定位仿真结果，包括仅在Ｇａｌｉｌｅｏ系统下的定位性能以及ＧａＩｉｌｅｏ与ＧＰＳ联合使用（称为ＧＮＳＳ定位技术）的定位性能｜３ｌ。

仿真结果基于如下仿真假设：采用Ｓ分钟一次的采样率及２４小时的测量时间；仿真中所有的ＵＥ均为常量，并与海拔高度无关；无论电离层错误是多少，均取平均值，不考虑瞬时变化；没有多径干扰的影响。

２．１辅助ＧＰｓ系统（Ａ—ＧＰｓ）的定位性能

对于Ａ—ＧＰＳ来说，假设屏蔽角为５。，图７中深色区域显示的是在水平（垂直）方向上、９ｓ％以上定位误差大于ｌＯｍ（１７ｍ）的地区。

图７Ａ—ＧＰｓ系统定位性能

２．２辅助ＧａⅢ∞系统（Ａ—ＧａＩｌＩｅｏ）的定位性能

Ｇａｌｉｌｅｏ卫星系统包含２７颗工作卫星，轨道参数如下：半

长轴为２９９９３７０７千米，轨道倾角为５６。，偏心率为Ｏ。由于