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：

MHz f 23.100=

两种载波，即：

MHz f f L 42.157515401=⨯= MHz f f L 60.122712002=⨯= 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]：

11111()()()cos()()()sin()L P i i L C i i L S t A P t D t t A C t D t t ωϕωϕ=+++222()()()cos()

L P i i L S t B P t D t t ωϕ=+

图2 GPS各信号示意

其信号功率分配图如下[1]：

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：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。

L GPS现代化第一阶段：发射12颗改进型的GPS BLOCK ⅡR型卫星。在

2

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5L 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GPS Ⅱ[3]。

下图为GPS 现代化各阶段的信号分配图示[4]：

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

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]：

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[7]：

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[8]：

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]：

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

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

QPSK(2) B1频点1559.052MHz－

1591.788MHz

BPSK(2)+BPSK(10) B2频点1166.220MHz－

1217.370MHz

B3频点1250.618MHz－

QPSK(10)

1286.423MHz

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