GNSS信号体制——载波、伪码、导航电文

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:

粗测距码（C/A码）	精码（P码）
•伪噪声码的长度周期:1023bit •码元宽度：约为293.1m •伪噪声码的重复周期：1ms •时钟脉冲速率：1.023Mbit/s	•伪噪声码的长度周期:6.187bit×   bit •码元宽度：约为29.3m •伪噪声码的重复周期：7days •时钟脉冲速率：10.23Mbit/s
	可以加密       反欺骗技术（A/S）

 

 

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。