卫星导航系统-第6讲-系统与信号-2-GPS现代化信号

卫星导航系统-第6讲-系统与信号-2-GPS现代化信号

传统信号的载频是L1和L2，调制的是C/A码以及P码；

从2005年开始，GPS从测距码上有了变化，同时在载频上也有了变化，增加了一个L2C,L5，测距码增加了M码军用码

L2C(2005~，Block IIR-M...)

采用BPSK调制传输。

L2C的调制信号使用两种PRN码，分别为中等长度CM(Moderate Length Code)和长码CL(Long Code)两种，码率均为511.5kHz。

CM码周期为20ms，共10230个码元；CL码周期为1.5s，共767250个码元。CM码调制导航电文，CL码不调制任何数据。CM码与CL码交替发送，CM码在前，CL码在后，经时分复用合成后以1.023MHz码率传输。

CM码调制的导航电文原始信息速率为25bps，经码率1/2约束长度为7的卷积编码，速率为50bps。

把调制导航电文的称为数据通道，把不调制导航电文的称为导频通道；导频通道的作用，是因为导航电文在20ms之后会发生数据位的翻转，接收机在信号处理的时候，会遇到一定的困难，尤其是对于高频的接收机来说，如果有不调制任何信息的导频通道，用它的信息来得到一个高性能的数据处理；

M码（2005~，Block IIR-M...）

是加载到L1和L2上的军用码信号，采用二进制偏移载波调制BOC(10，5)传输。

码速率为5.115MHz，副载波的频率为10.23MHz。

新增加的M码军用信号实现了军用信号与民用信号的彻底分离，减小了军用信号间的相互干扰，不需民用信号引导即可直接访问M码军用信号。

提高了M码信号的发射功率，改善了军用信号的安全性和鲁棒性。

L5(2008~,Block IIF...)

L1C(2013~,BLock III...)

为了与其他导航系统协同工作而设计的，将在Block III卫星上发射；

L1C信号由不调制导航数据的L1CP信号和调制导航数据的L1CD信号两种分量构成；

扩频码率1.023MHz,周期为10ms，共10230个码元。

导航电文中，时间间隔信息使用BCH(Bose Chaudhuri Hocquenghem)编码，其他使用低密度奇偶校验编码，码速率为100bps。

导航电文

传统的GPS导航电文数据结构基于1500bit的长帧格式。

在GPS现代化进程中，定义了一种新的民用导航电文格式CNAV，采用长度为300bit（含24bitCRC校验码）、发送时间为12s的基本格式广播。导航电文根据内容构成不同类型的数据块，如数据类型10和11位星历数据块。

每个数据块都以相同的8bit（10001011）数据作为同步头，其后是6bit卫星传输PRN序号、6bit数据块ID号以及17bit周内时间计数。不同的数据内容广播的时间间隔不同，如星历广播时间间隔不超过48s,简化历书广播时间间隔不超过20min，轨道参数广播时间间隔不超过30min。

其他卫星导航系统

GLONASS--空间段

星载导航设备、星上控制设备、姿态控制系统、机动系统、温控系统、电源系统、星载时钟。

GLONASS卫星性能

GLONASS-信号

信号频谱

导航电文

现代化

GALILEO--空间段

地面段

位于欧洲的2个伽利略控制中心

实现空间卫星与地面控制中心数据交换的5个S波段遥测、跟踪、遥控站。

10个C波段任务上行站（类似于GPS的注入站）；

29个分布于全球的伽利略监测站；

伽利略通信数据链路。

完好性处理装置和任务管理办公室、搜索救援中心、EGNOS和协调世界时部门。

信号

BOC调制

BOC调制的优势

可根据需要将信号的大部分能量集中在频段的上下边界，弥补BPSK调制不能充分利用频段边界的缺陷。

提高信号的保密性。BOC调制信号中使用了频率更高的副载波进行二次调制，保密程度得到加强。

BOC信号具有更窄的相关峰值，使得BOC调制有更强的伪距测量能力，更好地抑制多径延迟误差

由于BOC调制将信号能量更多地集中在所占带宽的边缘部位，增加了信号的有效带宽，使得调制信号的抗噪声性能优于BPSK。

AltBOC调制

定义：在上下边带调制不同伪随机码的类BOC信号，它可由基带信号乘以复数方波副载波表征。

特点：信号频谱向单侧搬移

AltBOC调制的优势

频谱利用率高。同BOC相比，AltBOC等效于BOC上边带与下边带传输不同的信号。

接收灵活。接收端既可以整体接收E5a、E5b频段信号，然后采用AltBOC接收技术进行处理，也可以将E5a、E5b分为两个子频段单独处理。

减小码噪声，提高信号的抗多径性能，减弱电离层延迟的影响。

导航电文

伽利略系统电文配置

北斗（BDS）--空间段

也有三个频段

信号（第二阶段）

区域服务信号

信号（第三阶段）

卫星导航系统的兼容性与互操作性

兼容性（Compatibility）

某一星基系统和其他国家的定位、导航和时间服务的星基系统在单独或者联合使用时，不会对各自的服务造成干扰，同时不会影响导航能力。

互操作性（Interoperability）

某一星基系统和其他国家的定位、导航和时间服务的星基系统在一起工作时，能在用户端提供比单一服务更好的性能。

为什么要考虑兼容与互操作

GNSS体系的兼容性和互操作性是保证各系统间的互不干扰，协同工作的前提。多系统定位在提高导航定位性能的同时，也加强了政府之间的联系，对促进卫星导航的全球化有着重要意义。

兼容性分析方法

任何无线电系统的射频兼容都是通过干扰评估来完成的。包括：电子设备自身电磁兼容，自身系统多个电子设备间的电磁兼容都是通过干扰评估来完成的。

工作信号实现了频谱分离，并不表示两种信号兼容，应对其谐波分量的抑制、热噪声抑制进行评估。

各系统间即使工作频率上有重迭，只要不影响性能，仍然是兼容的。

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