GNSS信号体制简述

2020-03-20 15:43:53 18

关于GNSS的组成,前面一篇博文简单讲了一下。不同GNSS系统的信号结构不尽相同,简要概述一下。 

卫星信号从结构上可以分为载波,伪码和数据码三个层次。伪码和数据码先调制到载波上,然后卫星将调制后到载波信号播发出去。

 

1.载波-频率

这些卫星导航系统所用的载波无线电信号都属于特高频(300MHz-3GHz)。

 

1GPS

L1 1575.42MHz=154*10.23MHz     λ1=19.03cm

L2  1227.6MHz=120*10.23MHz      λ2=24.42cm

 

其中, =10.23MHz,是卫星中的原子钟所提供的基准频率。卫星利用频率合成器在基准频率的基础上产生这两个频率。

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.                                            

 

2BD

B11561.098 MHz

B21207.14 MHZ

B31268.52MHz

每个载波信号均有正交调制的普通测距码(I支路)和精密测距码(Q支路)

 

3GLONASS

L1=1602+0.5625*k  MHz

L2=1246+0.4375*k  MHz

L1/L2=9/7

GLONASS采用的频分多址FDMA,与其他卫星GNSS系统码分多址CDMA不同)

 

4Gaolileo

1589.74 MHZE11587-1591

1561.1MHz E21559-1563

1278.75MHz E6

1176.45MHzE5a

1207.14MHzE5b

 

2.伪码-C/A码,P

CDMA是一种用直接序列扩频的多址技术。在卫星导航系统中,主要使用两种多址技术。GPSBDGalileo都是使用CDMA码分多址,GLONASS使用FDMA频分多址。

对于接收机来说,多个卫星信号同时到达,需要用多址技术来区别不同的卫星。

GPS为例,它可以看成一个基于码分多址(CDMA)的扩频通信系统,其中的码即伪码。伪码中一个二进制数称为一个码片/码元,一个码片持续的时间成为码宽,码宽的倒数为码率。

GPS提供两种定位服务方式:标准定位服务(SPS)和精密定位服务(PPS),两种方式的区别在于调制载波信号的测距码不同,分别对应粗捕获码(C/A,Coarse/Acquisition Code)和精码(Precise Code)C/A码和P码都是伪码,L1上调制着C/A码和P(Y)码,L2上只调制着P(Y)码。

 

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两种伪码的区别如下:

 

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3.导航电文

导航电文包括计算卫星位置的有关数据(卫星星历)、系统时间、卫星钟参数、C/A码到P码的转换字及卫星工作状态。卫星向用户提供,用户将其应用于导航解算。这些数据是以二进制码的形式发送给用户的,故卫星电文又称为数据码,或称之为D码。

 

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电文的基本单位是长达1500bit的一个主帧,广播速率为50bit/s。每一主帧又分为五个子帧,每个子帧长度为6s,第123子帧各有10个字码,每个字码为30bit,第45子帧各有25个页面,共有37500bit,长达12.5min(如上图所示)。它们不像第123子帧那样,每30s重复一次,而需要长达750s才能够传送完毕第45子帧的全部信息量,亦即,第45子帧是12.5min才重复一次。这表明,一台GPS信号接收机获取一帧完整的卫星导航电文,需要750s