1、GNSS信號頻點綜述、GPS系統的信號體質GPS的所有信號分量都是基于同一個頻率產生的：f 010 .23 MHz兩種載波，即：fLi 154fo 1575.42 MHz fl2 120 f° 1227 .60 MHzGPS衛星信號的兩種信號分量：測距碼和數據碼是采用調相技術調制到載波 上的，且調制碼的幅值只取 0或1。在L1載波上,調制有C/A碼、P碼(或丫碼)的數據碼，完整的信號結構為:在L2載波上，只用P碼進行雙相調制，其信號結構為：Sl1 (t)ApR(t)Dj(t)cos( jt 1) AcG(t)Di(t)sin( -t J其信號圖示如下：Sl2 (t)Bp P (t)

2、Di (t) cos( L?t 2)/41AP(Y)IIII-r-T , a用。157S.42MHzPM /<11191111Carnets (L1L2)iTlTnrn1 d2 3 W<JPSCfA 亠 Code (L1)Data (L1X!_"(AS) Encryption P becomes (Y)PRu-mi iSMfft K*vig (PSK) ModulJlmn$0 BPSU U LTLTL4JU;Y Codta iiiun_riRirLJin_njTrvLnvwvwwv* 540 Cychai ix»r C A Cnip ijnrr a丄一jfnTm

3、nr 亠,理1四1耳時rTrrruwfkMi anF>>uto* (90* Out ofR(CSci<?7He GPS C&rrir Module tian SignetsGPS Signa! Structure寧叭汕譏惻皿SMWM財w訓AMMM/WMMMM伽ANow w (jrri'eclvOffFKffquenty Dittief<On All ALwwo Srarials)圖2 GPS各信號示意其信號功率分配圖如下：圖3 GPS信號功率分配圖1999年1月25日由美國副總統發表了進行 GPS現代化的文告，文告指出:用，事假干擾；三十要保持再有威脅地

4、區以外的民用用戶有更加精確更安全的使Spread Spectrum Signal, *20dB below a receiver ambient noise level| Sard to represent energy of a 25 watt light bulb at 11.000 miles distance)是要發展軍碼和強化軍碼的保密性能,加強抗干擾能力;是要阻擾地方的使h 1 023 1G.23I MHzih* IQ 23M« 1023 MHz:MH?IIIMH11眈店 MHz158/42 MHZ121S.C1227.4GPS現代化第一階段：發射12顆改進型的GPS B

5、LOCK n R型衛星。在L?圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖上加載CA碼，在Li和L 2上試驗性的加載新軍碼（M碼）下圖為新增M碼后的信號頻點圖示:1SS7 42VH?圖4 GPS新增M碼后信號功率示意圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖GPS現代化第二階段：發射6顆GPS BLOCK H F型衛星。除上述功能外,在此還增加了 L5頻點，作為新的民用頻點GPS現代化第三階段：發射 GPS BLOCK川型衛星。計劃用近20年的時間 完成GPS川計劃，取代目前的GPSH 3。下圖為GPS現代化各階段的信號分配圖示4:I A-codeh I

6、II'L5L2LI<11765 MHz)(1227.6 MHz)U575.42 MHz>圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖下圖為不同時期軍用、民用信號的說明5:Civil SignalsCurrentRadtOfiavigatin I Radronvigaliori$e(vitn lARNS? Bond iServices RNSS BJHa$96CJ2B MHz 畀R悴箜陽臚對 1315 1240 15C161OMHjMHzFrequency In MHz*L5 一 【軸 Q5*qcIe$ (flQWModemhedFr#qu#riey1164.45 ICurre

7、nt1215 12401575.42C/A-codes1575.42C/A-cod«s1S63 4；p/¥-codes122f.»(L21刃生輕(11)CM-codM (for civil A mihtrvprr<«iesL2tCpode* (nawI11&B.4& T Jf215122?®No 硯41科 messfige onL5 quadrature signal)1 Military SignalsYFrequency InMHzModernizedP/Y-codei122t6FrtqutncyL2P/Y-cod&#

8、171;sC/A-cod«M-cod»sA/ofe 1: Ntlitary M-codet jre m definiuon.15 c(m|ps (I ft Q-codesi) ar(? KnecifiMlNore ?; Modulalion envelopes tor onfy the code pckncipdl sign* lobea are shown.Note J； Phase qua哇ratveare thownbelow lh« oNgm hnw.圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖圖6 GPS軍用、民用

9、信號對比、GNOLASS系統的信號體質GLONASS 是 global navigation satellite system的首字母縮寫，是前蘇聯從 80 年代初開始建設的與美國 GPS系統類似的衛星定位系統，現由俄羅斯空間局管 理。其衛星的載波上也調制了兩種偽隨機噪聲碼：S碼和P碼。下圖為GLONASS的信號頻點圖示:<-1 LQS 12 1<-1238 - 1253 Ml (kJ<-153 - 161 2 Ml lr)圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖圖5 GPS現代化進程各階段信號功率分配圖圖7 GLONASS信號功率分配圖圖5 GPS現代化進程各階段信號功率

10、分配圖由上圖可見，GLONASS系統采用了頻分多址技術（FDMA ）,這與GPS系 統采用的碼分多址技術（CDMA ）有很大差別。它雖然能容納的用戶有限，且接 收到的信號質量不如CDMA技術，但它解算相對簡單不存在偽碼錯誤，所以還 是有一定的可用價值。不過俄羅斯也在計劃為GLONASS更新為CDMA技術。三、Galileo系統的信號體質伽利略衛星導航系統（Galileo satellite navigation system），是由歐盟研制和 建立的全球衛星導航定位系統，該計劃于 1999年2月由歐洲委員會公布，歐洲 委員會和歐空局共同負責。E5下圖為Galileo系統的信號分配圖：-1E6c

11、:1260-1300Q-oiw -t- - - r r hr”：1544.21559-159fE2-L1-E1E5a i E5bGPS L51164-1215圖8 Galileo信號所占頻帶示意表1 Galileo各信號介紹信號種類信息內容數據率信息類型加密E5a低速導航電文50bit/s免費導航否E5b高速導航電文、搜救回執250bit/s完全導航未定E6c高精度導航電文1000bit/s商業導航是E6p高速導航電文250bit/s政府用導航是L1f高速導航電文200bit/s完全導航否L1p高速導航電文250bit/s政府用導航是下圖為Galileo系統的完整信號功率分配圖.圖9 Gali

12、leo信號功率分配圖下圖為Galileo系統E2-L1-E1頻段的信號分配圖示8:F2 lUmlI I IllMlllSr如圖10 GalileoE2-L1-E1頻段的信號分配圖-CiiHIru KI OSA E4hUI'KSu=-xp- =£2-下圖為Galileo系統E6頻段的信號分配圖示 :GulHeo £6 C'S 1H仙星 PUot (,Jili-o F6 PRS±_、?HP_-10i»USd $£=圖11 GalileoE6頻段的信號分配圖下圖為Galileo系統E5頻段的信號分配圖示:Gdlilro 15h rki

13、mlGM90 E5 I【bHko l：5 Q-7tl -8t»<K» t11N»E5b (J卜 I"叫Vi(h mm to The farrier圖12 GalileoE5頻段的信號分配圖下圖為Galileo系統在E2-L1-E1頻段與GPS信號的對比圖示8:P?H三 ar一 2ZFl RamiIkini!tilra Fl OS Alkiiidi luh小伽59 t Sp4'Vf圖13 Galileo與GPS在E2-L1-E1頻段的信號對比圖四、北斗系統的信號體質北斗一號是利用地球同步衛星為用戶提供快速定位、簡短數字報文通信和授時服務的。一

14、種全天候、區域性的衛星定位系統。系統由兩顆地球靜止衛星(80 ° E 和140° E)、一顆在軌備份衛星(110.50 ° E)、中心控制系統、標校系統和各類 用戶機等部分組成。其工作頻率為 2491.75MHz系統能容納的用戶數為每小時 540000戶。具有衛星數量少、投資小、用戶設備簡單價廉、能實現一定區域的 導航定位、通訊等多用途，可滿足當前我國陸、海、空運輸導航定位的需求。北斗二號是一個類似GPS的全球衛星導航定位系統，從 2007年開始正式建 設。該系統將有5顆靜止軌道衛星和 30顆非靜止軌道衛星組成，采用“東方 紅” -3號衛星平臺。30顆非靜止軌道衛

15、星又細分為 27顆中軌道(MEO)衛星和3 顆傾斜同步(IGSO)衛星組成，27顆ME6星平均分布在傾角55度的三個平面上， 軌道高度21500公里。北斗衛星導航系統的官方宣布，在L波段和S波段發送導航信號，在L波段的B1、B2、B3頻點上發送服務信號，包括開放的信號和需要授權的信號9表2北斗信號頻點展示頻點序號頻點范圍調制方式B1頻點1559.052MHzn1591.788MHzQPSK(2)B2頻點1166.220MHzn1217.370MHzBPSK(2)+BPSK(10)B3頻點1250.618MHz-1286.423MHzQPSK(10)以下為北斗二代的信號在各頻點上的圖示10:3r

16、削C"otnp«*"feB RI 1<B l QK0t Hill 1111 H 'llUMk圖14北斗B1頻點信號展示<R2 T*in yI (Ml圖15北斗B2頻點信號展示iB3 I< unijiAs H5 “-二-匸HP 一 =/.孟Wd 三圖16北斗B3頻點信號展示通過第三節和第四節的對比不難發現，Galileo系統和北斗系統也存在著頻譜的重合，下圖可以明顯體現:-2Uupz工燮£itHIGuliktb t b( > llutii <vftlilen I1 h < X Pilnl <Nk»

17、 Kh PKS< HJ I< nntpjss KJ Q圖17 北斗B3頻點與Galileo E6頻點信號對比五、GNSS中四大系統的信號頻點對比下圖為四大系統所占頻帶的圖示:GJElLI1GD處EE61215 M12«M1164 MGALILEOII1500 MGPSLI1610 MB1MBGLONAS5圖18四大系統所占頻帶展示下圖為四大系統的幅頻曲線對比圖示11:電0.02I998.1K>25Lie： IK)C(IJ)LHJHI1磁砧I BOC(1MI BOCI15,15)VIMiiornsiI KU0<ii 他L5/L3L3OF4JSFUL?,2W116

18、6I円”然fI5RQCBOC H：iLI ROC(2J>川期<JM；?norUP37 壯占 M BOCfJU. 5i-A t8,19 3Q.4& I沁5!坯l*fl.*JMSKjJI 廠圖19四大系統在各頻帶上的幅頻圖像下圖為四大系統的各種信號在不同頻點上的對比圖示10:<Bl li>U-ndr«l It.indn»»Hu vid12"訃h l -i 鼻 I二 1*聲 1_1<I ；lBJfc f 7A < mlrGIF t at Piiwi <3M dU PS W inlt -< r|llB3|« I-/1%, f "< I1 4 iMl-r< ImlrHidlrdi 11 I I< "iviMpMw Iin44-mlr Ji B l QMU一=三-!>-T_?!=_«圖20四大系統信號占用對比Giiliho 卜詈 QCwwlilm E5 I1* I £ IGPS ESQ也譏I ( Urff-m imI t&l