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时间:2019-01-09
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1、GPS信号与Galileo信号特性分析 摘要:信号体制是卫星导航定位系统技术体制中最重要的部分之一,合理的信号体制对于卫星导航定位系统实现其导航,定位,授时,通信和测距等功能和满足性能要求十分关键。该文首先介绍了GPS信号和GALILEO导航信号的特点,对他们的信号体制进行分析与比较。阐述了GPS、Galileo两种卫星信号的特性,包括频率及调制格式、相关性特性、功率特性;比较分析了两种信号功率谱的区别,对两种卫星信号特性进行了深入的比较与分析。 关键词:GPS信号GALILEO信号特性 中图分类号:T
2、N96文献标识码:A文章编号:1672-3791(2016)03(b)-0021-02 1GPS信号特性 1.1频率和调制格式 GPS卫星发射L1和L2两种波段的载波,L1(1575.42MHz)上调制有P码、C/A码及导航电文,L2(1227.6MHz)上仅调制了P码和导航电文。该文只研究L1频率上的C/A码。L1频率上的GPS信号为: (1) 1.2C/A码产生 C/A码是码速率为1.023MHz的二相调制信号,主瓣两个零值之间的频谱宽度是2.046MHz。每个码元的长度大约为977.55ns
3、。为了和P码信号对应,L1载频上的GPS卫星信号传输带宽大约为20MHz,因此,所传输的C/A码就包括主瓣以及很多旁瓣。整个码周期包括1023个码元,持续1ms,因此C/A码的时长为1ms。 C/A码的相关性是其最重要的特性,包括以下两个方面。 (1)不同C/A码的互相关值约等于零,所有的C/A码都几乎与其他的C/A码不相关,即:对于卫星i和j,其C/A码的互相关性为: 不同卫星产生的C/A码的互相关是非常低的,接近于0。高自相关峰和低互相关峰可以提高信号的捕获灵敏度,为了在强信号中检测出弱信号,强信号
4、的互相关峰必须比弱信号的自相关峰值低。 (2)C/A码的自相关只有在相关间隔为0时存在峰值,即两个相同的C/A码序列只有完全对齐时才可以得到一个相关峰值,自相关峰值的最大值是1023,等于C/A码的长度。C/A码的自相关函数为: 在接收机中正是利用C/A码的自相关的这种性质来移动本地C/A码的相位,使本地C/A码和接收信号的C/A码相位对齐,获得更高的处理增益,将深埋在噪声中的信号检测出来。 1.3功率特性 GPS信号在接收时的强度由天线的发射功率,天线波瓣宽度,卫星到接收机的距离和接收天线的有效面积
5、决定。GPS卫星天线的发射功率为478.63W,即26.8dBW。如果接收天线具有单位增益,有效面积是: 考虑到有大气层造成信号的损失,一般在地球表面,接收功率大约为-160dBW。 2Galileo信号特性5 Galileo系统的每颗卫星都发射6种信号,分别是E5a、E5b、E6P、E6C、L1P、L1F。Galileo系统提供5种服务,分别是公开服务(OS,OpenService)、商用服务(CS,CommercialService)、生命安全服务(SOL,SafetyofLifeService)、
6、公共特许服务(PRS,PublicRegulatedService)以及搜索与救援服务(SAR,SearchandRescueSupportService),该文仅研究GalileoL1F信号。 GalileoL1F信号和GPSL1信号的中心频率重合,L1F信号是用于公开服务,免费对所有用户开放的。L1F信号包括数据通道(L1B)和引导通道(L1C),导航电文的码速率为125b/s,采用了前向纠错编码,编码后的速率为250b/s。两个通道的伪码码长均为4029个码元,是GPSC/A码的4倍,码速率为1.02
7、3Mb/s,因此码周期为4ms。L1C信道上还有次级码,次级码与伪码进行模2加,码长为25bit,重复周期和伪码相同为4ms。L1F信号可以表示为: 3GalileoL1F信号与GPSL1C/A码信号的比较 在跟踪灵敏度方面,发射GalileoL1F信号的卫星携带了更多载荷,卫星信号的发射功率将比L1C/A码信号提高3dB-5dB,从而提高了保持正确跟踪所需的信噪比;而且L1F信号可以利用没用调制导航电文的引导通道L1C与L1B联合跟踪的方法有效的提高跟踪灵敏度。 跟踪可靠性是指跟踪环路只利用码的自相关
8、峰的主峰来跟踪信号的能力。C/A码自相关旁瓣至少比主瓣低21.6dB,但在复杂环境下,这个差值仍然太小,多址干扰会造成非常大的影响。L1F信号的伪码长度是45092个码片,是C/A码的4倍,这大大提高了自相关性能,但不利的是由于BOC调制产生相关副峰,比主峰低6dB,在低信噪比的情况下,将可能造成错误的捕获和跟踪。 由于信号的功率谱远离载波中心频率时,易于减轻热噪声对码跟踪环路的影响,抗干扰能力强
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