四种民用信号的特征分析

四种民用信号的特征分析李婷-10905101261994年，GPS全面进入正常运行，民用信号采用L1(频率1575．42MHz)单频C／A码，并附加选择可用性(SA)人为干扰，位置精度约为100m，授时精度约为340ns。2000年5月1日，美国政府宣布撤销对GPS的SA干扰技术，民用信号定位服务精度提高到20m，授时精度提高到40ns。近年来，为了进一步加强GPS在全球民用导航市场的竞争力，美国政府决定对GPS民用信号作出重大调整，引入三种新的民用信号L2C、L5和L1C。其中L2C是最早投入使用的，2005年9月发射的BlockIIR—M2012号卫星最先开始播发；L5要到2007年发射的BlockIIF才开始使用；LIC则更晚，它是GPSIII代改进的内容，将最终取代现有的L1c／A信号。1.1L1民用信号第一代民用信号利用BlockII／IIA／tIR卫星发射，是在L1载波上发射的单频C／A码。第二代民用信号利用BlockIIR～M卫星发射，它不仅包含了第一代民用信号，而且还在L2载波上增加了L2C信号。第三代民用信号利用BlockIIF卫星发射，它在第二代民用信号的基础上，增加了L5载波，用于发射L5民用信号。第四代民用信号利用BlockIII卫星发射，它是在第三代民用信号的基础上，对L1载波中的民用信号进行了改进，用新的L1C代替了L1上原有的民用信号。第一代民用信号是指调制在L1载波上的C／A码(外加导航电文数据)。C／A码的基码速率为I。023×106基码／秒。基准频率．^为10．23MHz，为了补偿相对论效应，卫星上实际采用10．22999999543MHz。当SA政策实施时，基准频率受到SA加密的颤动频率的影响，卫星广播的星历和历书、数据中也都加入了一个保密的偏移误差，从而降低了GPS用户的定位精度。信号结构：第一代民用信号的产生流程如图2所示，导航信息经奇偶校验编码后，得到50bps的导航电文。C／A码产生器负责产生1．023Mbps的伪随机噪声码。导航电文与C／A伪随机噪声码相异或得到组合码。将组合码调制到L1载波上，得到已调波。C／A码是一种Gold组合码，它由两个周期和速率相同而码元结构不同的m序列组合而成，通过改变m序列之间的相位关系，组合出不同的Gold码可供不同的卫星使用。C／A码的码率为1．023MHz，码周期为1ms。C／A码的生成过程如图所示。图中两个10级线形反馈移位寄存器的特征多项式分别为SA政策包括对GPS卫星基准频率f0采用的δ技术，对卫星导航电文所采用的ε技术，对军用码采用的译码技术。2.1民用信号L2C1997年，在第一届由GPS联合执行委员会(IGEB)组织的大会上，讨论了增加民用信号的必要性。1998年，美国政府决定在GPSL2载波上加发民用信号。2005年9月，发射了第一颗BlockIIR—M卫星，该卫星在L2上加入了新的民用信号L2C。用户利用L2C与Ll上的民用信号相配合，就可以消除电离层的传播误差，从而提高定位精度。L2上的民用信号没有照搬第一代的民用信号，而是进行了重新设计，并将其命名为L2C。L2C占用2．046MHz的带宽，采用基码一基码时分的方式建立起两个通道，分别发射带电文的和不带电文的信号，并且在电文中加入了纠错编码，加长了伪随机码的长度。这样一来，明显改善了码分多址的互相关性能，降低了接收机对弱信号的跟踪门限。L2C信号的产生流程如图4所示，L2C的调制信号中有两个伪随机噪声码——CM码和CL码。CM和CL码的速率均为511．5kHz，CM码的长度为10230位，周期为20ms，CL码的长度为767250位，周期为1．5s。L2C的电文被称为CNAV，它比Ll上的电文更为紧凑，信息速率仅为25bps。原始电文以限定长度为7进行1／2比率的卷积编码，得到50bps的数据流。50bps的数据流与511．5kbps的CM码进行异或，实现电文的第一级调制，CL码上则未调制任何数据。有电文调制的CM码和无电文调制的CL码在基码一基码多工器中合并在一起，CM的基码先发送，CL的基码后发送，产生的总的PRN码其基码速率为1．023MHz，与LlC／A码的速率一样。然后将合并后的基码调制到L2载波，实现第二级调制，得到已调波。CM码和CL码是用同一个27级的线性移位寄存器产生的。生成多项式为线性移位寄存器生成的序列长度为134217727位，CM码从中截取10230位，CL码从中截取767250位。对于不同的卫星，CM和CL码产生器设置的初始条件不同，从而得到不同的CM码和CL码，在ICD-GPS一200的建议版中公布了37对。由于CM和CL码的长度是偶数，所有选出的码相位都是完全平衡的，亦即其中1和0的位数。3.1L5民用信号1997年，美国开始为GPS民用寻找第三个频率。1999年1月25日美国副总统戈尔宣布，将L5(1176．45MHz)作为GPS的第三个民用频率。L5信号将利用BlockIIF卫星发射，第一颗BlockIIF卫星将于2007年升空，而空间上具有足够数量卫星的时间大约为2015年。届时，民用信号将进入一个新的时代，拥有L1、L2、L5三个频率。L5在信号的结构上进行了很大的改进，用户不需要依赖Ll或L2民用信号便能实现对L5信号进行截获与跟踪，利用L5信号与Ll信号相配合，还可以修正电离层延迟带来的误差。L5提高了信号的功率，保证信号功率大于一154．9dBW，这样一来就增强了抵抗带内干扰的能力。L5加入了无数据通道，利用无数据调制的载波，用户既能跟踪完整的载波周期，也能在因各种原因发生信噪比明显降低的条件下跟踪载波，提高整个用户信号跟踪的鲁棒性。L5对数据进行了1／2卷积编码，在利用软判决维特比(Viterbi)译码器接收时，可以在信噪比降低5dB的条件下获得与不编码时相同的差错率。L5中采用了NeumannHoffman编码，提高了抗窄带干扰的能力，改善了(电文)数据字符的同步，改善了卫星信号之间的互相关特性，使各颗卫星信号之间的互相关旁峰至少下降了3dB。L5信号的产生流程如图6所示，1支路上的导航电文共有276bits，经过CRC24校验编码后为300bits，再经过前向纠错编码后，得到600bits的信息，信息以100sps的速率串行移人10一symbolNeumann_Hoffman编码器，编码后以lkband的速率输出到异或门，与PRN进行异或运算。Q支路不加载导航电文，20一symbolNeuman-hoffman编码器输出直接与10．23Mbps的PRN进行异或运算。参考文献1.卢晓春.胡永辉改进的多通道GPS共视资料的处理算法[会议论文]-20042.卢晓春.胡永辉.LuXiao-chun.HuYong-hui改进的多通道GPS共视资料的处理算法[期刊论文]-电子测量与仪器学报2004,18(z1)3.动态信息[期刊论文]-全球定位系统2010,35(1)4.郭盛桃.吴光辉截断伪随机序列的统计特性[期刊论文]-无线电工程2004,34(11)5.动态信息[期刊论文]-全球定位系统2010,35(2)6.宋建材.赵小明.杨兴文.SONGJian-cai.ZHAOXiao-ming.YANGXing-wen陆基无线扩频定位系统中伪随机码设计[期刊论文]-中国惯性技术学报2005,13(3)7.卢晓春.杨旭海.李孝辉.胡永辉一种新的多通道GPS共视资料的处理算法[期刊论文]-武汉大学学报(信息科学版)2003,28(6)8.刘小慧GPS系统概述及其定位原理[期刊论文]-科技资讯2006(6)9.王朝刚.卢晓春.徐劲松.谢辉.WangChaogang.LuXiaochun.XuJinsong.XieHui基于FPGA的OFDM-UWB发射系统基带部分设计[期刊论文]-电子测量与仪器学报2008,22(z1)10.姜波.张书毕.张宪柱.黄磊.JIANGBo.ZHANGShu-bi.ZHANGXian-zhu.HUANGLeiGPS卫星精密钟差的加密方法研究[期刊论文]-全球定位系统2009,34(3)