GPS导航卫星信号特征
(2019-12-04 15:39:09)GPS信号具有两种不同的伪随机码:
(1)C/A码,即粗码(或称捕获码),码速率为1.023Mb/s,每1ms码重复一次,粗码的码元宽度较大,一般定位精度为米级,主要提供给民用导航;
(2)P码,即精码(或称精密测距码),码速率为10.23Mb/s,每7天码重复一次。精码比粗码的结构复杂的多,所以信号跟踪和捕获更加困难,主要提供军用导航定位,并且是加密的(加密后的码称为Y码),只有GPS授权用户才可以使用。
GPS系统在建设初期时,卫星上的无线电发射装置广播的是2个L频段上的导航信号,分别为L1频段和L2频段。其中,L1频段的载频为1575.42MHz,并调制出两路相互正交的扩频码信号,I支路为C/A码民用信号,Q支路为P码军用信号;L2频段的载频为1227.6MHz,只调制出一路P码军用信号。
随着GPS现代化进程,美国政府提出希望在L2频段上也提供民用服务,于是后续研发工作实行I/Q复用的QPSK调制方式,使得L1频段上使用的C/A码在L2频段上同样可以使用,这样便在本属于军用的L2频段上增加了新的民用导航信号,称之为L2C频段,目前已有9颗卫星广播该频段导航信号,预计在2016年发射L2C信号的卫星数量将达到24颗。
在这之后,考虑到全球频谱管理方面新的协调统一以及未来导航战、电子战的需要,美国政府提出开发一个新的频段,这就是第三个民用信号L5,其载频为1176.45MHz,并在ITU(国际电信联合会)注册了该导航信号频点。L5频段属于受保护的航空无线电(ARNS)保护频段,发送生命安全信号,解决飞机在多路径环境下精确着陆的技术故障。R-20(M)卫星第一次发送该信号。目前L5频段信号已经开始部署并有2颗工作卫星可以提供L5频段信号,而今后新发射的GPS卫星将全部具有广播L5导航信号的能力,预计在2019年达到24颗。在未来的几年时间里,可能会出现L1、L2和L5信号共用的情况。
尽管占有了3个频段的丰富频谱资源,但军用信号与民用信号不可避免地存在相互影响、相互干扰的情况,而考虑到在目前全球频谱资源日益紧张的现状下开辟新的信号频段难度较大,于是美国提出了采用BOC(二进制偏移载频)调制的方式增加同频段信号的复用率,利用空间频谱分离提供独立于L1信号之外的第四个民用信号L1C,其频率为1575.42MHz。按照GPS现代化进程,L1C信号将通过2014年发射的GPS 卫星进行部署,并于2021年将该频段的卫星数量增至24颗。
GPS信号频段的特征及发展历程如表2所列。
表2 GPS信号频段的发展
发展年份 |
频段名称 |
信号频段 |
中心频点 |
服务对象 |
1978——2004 |
Block //A/R |
L1(C/A);L1(P) |
1575.42MHz |
军民两用 |
2005——2009 |
Block R-M |
L2(P) |
1227.6MHz |
军用 |
2010——2013 |
Block F |
L5 |
1176.45MHz |
民用 |
2014——2024 |
Block |
L1C |
1575.42MHz |
民用 |
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