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GNSS信号频点综述(详解)

发布时间:2015-06-29 18:09


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01

    在L1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L2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1  信号示意图




2  GPS各信号示意图




其信号功率分配图如下:



3  GPS信号功率分配图


   1999125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GPS BLOCK ⅡR型卫星。在L2上加载CA码,在L1和L2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4 GPS新增M码后信号功率示意图


GPS现代化第二阶段:发射6GPS BLOCK ⅡF型卫星。除上述功能外,在此还增加了L5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GPSⅡ[]。

下图为GPS现代化各阶段的信号分配图示:


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:


6  GPS军用、民用信号对比图



二、GNOLASS系统的信号体质

GLONASSglobal 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:


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19992月由欧洲委员会公布,欧洲委员会欧空局共同负责。

下图为Galileo系统的信号分配图:


8  Galileo信号所占频带示意图


1  Galileo各信号介绍



  

下图为Galileo系统的完整信号功率分配图

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:



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:


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:


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:


13  GalileoGPSE2-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



以下为北斗二代的信号在各频点上的图示:


14  北斗B1频点信号展示



15  北斗B2频点信号展示




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:






17  北斗B3频点与Galileo E6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:


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:


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:


20  四大系统信号占用对比图



21  四大系统信号占用对比





参考:

[] http://wenku.baidu.com/view/eb748f3331126edb6f1a107b.html

[] http://wenku.baidu.com/view/1ff2cf7ea26925c52cc5bf55.html

[] http://wenku.baidu.com/view/256dafefb8f67c1cfad6b88b.html

[] http://ieeexplore.ieee.org/ieee_pilot/articles/96jproc12/jproc-CHegarty-2006090/

   figures.html

[] http://wenku.baidu.com/view/1ff2cf7ea26925c52cc5bf55.html

[] http://wenku.baidu.com/view/70aacf92dd88d0d233d46a4d.html

[] http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation/The_future_-_Galileo/Galileo_

   navigation_signals_and_frequencies

[] http://www.navipedia.net/index.php/Galileo_Signal_Plan

[] http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%97%E6%96%97%E5%AF%BC%E8%

   88% AA%E7%B3%BB%E7%BB%9F

[] http://www.navipedia.net/index.php/COMPASS_Signal_Plan

[] http://www.insidegnss.com/node/648






































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