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)。
(1)GPS
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0或1.
(2)BD
B1:1561.098 MHz
B2:1207.14 MHZ
B3:1268.52MHz
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)
(3)GLONASS
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)
(4)Gaolileo
1589.74 MHZ(E1:1587-1591)
1561.1MHz (E2:1559-1563)
1278.75MHz (E6)
1176.45MHz(E5a)
1207.14MHz(E5b)
2.伪码-C/A码,P码
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。GPS,BD,Galileo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。
以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码,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。
两种伪码的区别如下:
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。
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1,2,3子帧各有10个字码,每个字码为30bit,第4,5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1,2,3子帧那样,每30s重复一次,而需要长达750s才能够传送完毕第4,5子帧的全部信息量,亦即,第4,5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。