GNSS卫星导航系统关键技术的研究与思考

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1、6《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛论文集GNSS卫星导航系统关键技术的研究与思考作者简介：高伟（1968-），男，山东宁阳人，博士，教授，北京大学在站博士后。胡晓高伟*李本玉（山东农业大学信息科学与工程学院山东泰安271018）摘要：本文针对GNSS卫星导航系统的关键技术，详细分析了GNSS信号结构的多元化，探讨了GNSS接收机的综合性和多样性，给出了我国卫星导航系统的发展思路和策略。关键字：GNSS；GNSS信号；GNSS接收机一、引言GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem)）泛指全球导航卫

2、星系统，它包括利用GPS、GLONASS和GALILEO全球卫星导航系统中的一个或多个系统进行导航定位，并同时能够提供卫星的完备性检验信息（IntegrityChecking）和足够的导航安全性告警信息。全球导航卫星系统是20世纪60年代中期发展起来的一种新型导航系统，到90年代,进入全运行和盛行时期，应用已扩展至经济和军事的各个领域。(1)全球导航卫星系统广泛应用于民用领域全球导航卫星系统已应用于陆地、海洋和空中交通运输的导航，推动世界交通运输业发生了深刻变革，它在工业、精细农业、资源调查、测绘、地理信息产业等领域已得到广泛

3、应用，它还用于宇宙飞船，空间站和低轨道卫星等航天飞行器的导航和定位，推动了航天事业的飞速发展。(2)全球导航卫星系统的军用价值全球导航卫星系统可为各种军事运载体导航，使武器的命中率大为提高，已成为武装力量的倍增器。它作为一个功能强大的军事传感器，已经成为电子战，信息战及导航战的重要利器。可以说，谁拥有了先进的卫星导航系统，谁就在很大程度上掌控了未来战争主动权。目前采用单独的GPS和GLONASS系统还不能满足现代社会发展的需要，伴随着欧洲的GALILEO系统卫星的发射，GLONASS卫星系统的不断改进和完善以及美国GPS卫星的

4、现代化进程，GNSS卫星导航系统将在新世纪里迈上新的一个台阶。二、GNSS系统信号结构多元化目前GPS卫星定位系统共有29颗工作卫星，由GPSⅡ/ⅡA/ⅡR-M组成，其中一颗BLOCKⅡR-M为2005年9月发射的第一颗新改进的卫星，该卫星增加了一个新的民用信号L2，在L1和L2载波上增设一个军用码（M码），L1为民用，L1和L2为军用。L2与此同时新的改进卫星BLOCKⅡF卫星除具有BLOCKⅡR-M卫星的全部功能外，还在保护波段增加第三民用信号L5（以下为GPS信号结构图）。6《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛论文集在美国加

5、紧GPS信号结构优化的同时，俄罗斯从2001年起开始逐渐改善该系统，在新研制的GLONASS-M卫星上搭载铯钟，增强信号的稳定性，改善了结构，增加了附加信息，安装了滤波器，消除了1601.6MHz—1613.8MH以及1660.0MHz—1670.0MHz频段的信号干扰，与此同时，新卫星GLONASS—K卫星增加了第三民用信号L3（1164MHz--1215MHz）。无线电导航信号的频率资源十分宝贵。2000年6月,在世界无线电通信大会上,欧盟经过多方努力,获得了实施GALILEO计划所需要的L频段的频率资源(见图)。6《测绘

6、通报》测绘科学前沿技术论坛论文集GALILEO系统在频率和信号设计时，一方面必须考虑与GPS系统的互操作性；另一方面，必须保持本系统的兼容性。就互操作性而言，GALILEO系统在E2-L1-E1和E5a/L5两个频段上采取了与GPS信号相同的中心频率，从而使用户可以使用一个接收机同时接收GALILEO/GPS两种信号，可选卫星数目增加，导航定位精度提高，系统稳定性和容错能力增强。为了保证系统的兼容性，必须防止与已有GPS信号产生干扰。GALILEO系统在E2-L1-E1和E5a/L5频段采用了巧妙的频率设计法，有效地实现与心频

7、率相同的GPS信号的分离。根据GALILEO信号设计方案，L1频段存在2种导航信号，分别为L1F和L1P。这2种信号通过3个信道发射，分别为L1F数据信道、L1F导频信道和L1P数据信道。L1F信号是公开信号，所占带宽相对较小。而L1P信号是严格控制的保密信号，所占带宽较宽，且必须要求与其它信号（如GPSP（Y）码、C/A码等)频谱相隔离。三、GNSS接收机的综合性和多样性GNSS接收机是GPS或GLONASS的兼容接收机，它和单一的GPS接收机或GLONASS接收机比较有许多优点。3.1安全性的提高不依附于某一系统，灵活的工

8、作方式选择，使非拥有国的的用户摆脱了受制于人的状态。GPS/GLONASS兼容接收机既可以用GPS或GLONASS单独工作，又可以同时利用两个系统的信号，这样一旦外国用户使用某系统受到限制时，用户可以立刻转换系统继续工作。这个特点对军事应用尤为重要，在现代战争中已屡有表现。3