衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號(hào)設(shè)計(jì)需求分析

王夢(mèng)麗，金國(guó)平，馬志奇

(1.北京環(huán)球信息應(yīng)用開發(fā)中心，北京100094;2.北京信息技術(shù)研究所，北京100094)

0 引言

在GPS和GLONASS現(xiàn)代化升級(jí)建設(shè)成果顯著、Galileo系統(tǒng)建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展的國(guó)際背景下，作為世界四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展面臨著國(guó)際化的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。導(dǎo)航信號(hào)體制是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)體制最重要的組成部分之一，關(guān)系到精度、連續(xù)性、可用性、實(shí)時(shí)性、抗干擾以及兼容和互操作性等系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是開展衛(wèi)星系統(tǒng)、地面系統(tǒng)以及用戶設(shè)備研制的基礎(chǔ)。

從衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)各類民用用戶需求和系統(tǒng)現(xiàn)代化升級(jí)建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，在對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、研究的基礎(chǔ)上，從用戶功能和性能需求、與國(guó)際GNSS系統(tǒng)兼容和互操作需求等方面，全面分析我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)需求，給出現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)建議。

1 國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號(hào)設(shè)計(jì)分析

近年來，世界各GNSS系統(tǒng)面向系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)需求，紛紛對(duì)民用信號(hào)體制進(jìn)行了現(xiàn)代化設(shè)計(jì)和升級(jí)。GPS面向民用的服務(wù)信號(hào)增加到3個(gè)頻點(diǎn)，且各民用頻點(diǎn)的設(shè)計(jì)盡可能滿足不同民用場(chǎng)合的需求;Galileo面向民用的服務(wù)信號(hào)設(shè)計(jì)了3個(gè)頻點(diǎn)，包括用于公開服務(wù)的1個(gè)頻點(diǎn)和用于生命安全服務(wù)的2個(gè)頻點(diǎn);作為GLONASS現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，俄羅斯正在研制的新一代GLONASS-K衛(wèi)星將增發(fā)L3/L5民用信號(hào)，使民用信號(hào)達(dá)到3個(gè)。

1.1 GPS民用信號(hào)設(shè)計(jì)

GPS面向廣大民用用戶最初配置了L1C/A碼一種信號(hào)。現(xiàn)代化GPS II對(duì)民用服務(wù)性能進(jìn)行了擴(kuò)展和提升，增配了L2C和L5信號(hào)。GPS III進(jìn)一步增配L1C信號(hào)，以在未來取代L1C/A碼。L2C信號(hào)的載頻和數(shù)據(jù)跟蹤門限得到明顯改善，相關(guān)性能十分優(yōu)越;L2C碼率較低(1.023 Mcps)，使接收機(jī)功耗更?。?］。由于L2頻段附近在美國(guó)和歐洲有大功率對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)在工作，可能對(duì)L2信號(hào)造成干擾影響從而其連續(xù)性，所以應(yīng)航空用戶的需求設(shè)立了有最強(qiáng)的信號(hào)且處于ARNS頻段內(nèi)的L5信號(hào)［2］。另外，L5還能夠與L1和L2配合工作，實(shí)現(xiàn)快速解算載波相位的整周模糊度。L1C信號(hào)在與L1C/A信號(hào)兼容和互操作的基礎(chǔ)上，考慮了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的前瞻性設(shè)計(jì)，采用了譯碼更為復(fù)雜但編碼增益更高的LDPC信道編碼方式［3］?？梢姡瑢?duì)單一信號(hào)或多信號(hào)的接收機(jī)用戶來說，不同頻率的GPS民用信號(hào)設(shè)計(jì)所表現(xiàn)出的不同性能可以滿足不同用戶群需求。

1.2 Galileo民用信號(hào)設(shè)計(jì)

Galileo設(shè)計(jì)了3個(gè)民用信號(hào)，其中E5a提供公開服務(wù)，E5b和 E1提供生命安全服務(wù)［4］。Galileo系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是一個(gè)開放的、能與GPS兼容互操作又完全獨(dú)立于GPS的全球系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)與GPS互操作的目標(biāo)，Galileo系統(tǒng)信號(hào)盡量采用和GPS信號(hào)相同的中心頻率，以使接收機(jī)成本最低。Galileo民用信號(hào)傾向于采用較長(zhǎng)的碼長(zhǎng)，自相關(guān)和互相關(guān)性能均較好，有較強(qiáng)的抗干擾能力。各頻點(diǎn)信號(hào)設(shè)計(jì)滿足相應(yīng)服務(wù)類型功能和性能需求。

1.3 GLONASS民用信號(hào)設(shè)計(jì)

早期GLONASS系統(tǒng)面向廣大民用用戶，配置了L1信號(hào)［5］。從2003年起，GLONASS系統(tǒng)開始增發(fā)GLONASS-M衛(wèi)星，并對(duì)服務(wù)模式和性能進(jìn)行了擴(kuò)展和提升。GLONASS-M衛(wèi)星增發(fā)了L2民用信號(hào)，L2上未調(diào)制電文，但能夠配合L1信號(hào)作雙頻電離層延遲改正。作為GLONASS現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，俄羅斯正在研制新一代的GLONASS-K衛(wèi)星。GLONASS-K衛(wèi)星將增發(fā)L3/L5民用信號(hào)，使民用信號(hào)達(dá)到3個(gè)。GLONASS現(xiàn)代化的另外一個(gè)方面是積極開展國(guó)際合作，考慮在 FDMA信號(hào)中添加CDMA信號(hào)，以保證 GLONASS與GPS以及Galileo系統(tǒng)的兼容與互操作性。

2 現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號(hào)需求分析

民用信號(hào)設(shè)計(jì)需求分析的基本思路是以現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)需求為立足點(diǎn)，基于不同用戶群對(duì)系統(tǒng)服務(wù)功能和性能指標(biāo)的需求，分析各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)信號(hào)元素設(shè)計(jì)的需求和約束。將不同指標(biāo)對(duì)信號(hào)元素的需求進(jìn)行綜合評(píng)定，從而確定民用信號(hào)設(shè)計(jì)需求。下面著重從測(cè)距精度、電離層延遲改正、整周模糊度解算、定位實(shí)時(shí)性、抗干擾以及兼容與互操作性等方面對(duì)民用信號(hào)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行分析。

2.1 測(cè)距精度需求

與測(cè)距精度相關(guān)的信號(hào)設(shè)計(jì)要素主要是信號(hào)功率和信號(hào)帶寬。

對(duì)于一個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)的非相干超前減滯后功率型碼跟蹤環(huán)，根據(jù)文獻(xiàn)［6］中環(huán)路噪聲引起的碼跟蹤顫動(dòng)和載波跟蹤顫動(dòng)對(duì)其測(cè)距性能的影響公式可以看到，信號(hào)功率越高，接收載噪比越高，越有利于提高偽碼和載波相位偽距測(cè)量精度。但信號(hào)功率大小還需要遵守國(guó)際電聯(lián)相關(guān)規(guī)則，并考慮兼容性要求。

信號(hào)帶寬主要由調(diào)制方式和偽碼速率決定的。碼率越高，信號(hào)帶寬越寬，自相關(guān)函數(shù)峰值越尖，信號(hào)到達(dá)時(shí)間的估計(jì)就越精確。因此，從測(cè)距精度角度來說，碼率越高測(cè)距精度越高。但信號(hào)帶寬越寬，數(shù)據(jù)處理所需要的采樣率越高，對(duì)器件水平要求也越高，接收機(jī)功耗及實(shí)現(xiàn)難度越大。

2.2 電離層延遲改正需求

參考目前國(guó)內(nèi)外GNSS系統(tǒng)的定位精度指標(biāo)，以水平10 m、高程10 m(PDOP＜6)的定位精度為例計(jì)算，要求偽距誤差小于2.33 m。鑒于模型法電離層延遲改正誤差較大(按75%的改正精度計(jì)算，電離層延遲超過10 m時(shí)，凈電離層改正誤差就達(dá)到2.5 m)，該精度要求通過雙頻電離層延遲改正實(shí)現(xiàn)。

多頻電離層改正中，傳統(tǒng)算法是雙頻改正，即采用2個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，改正電離層效應(yīng)的一階項(xiàng)，且頻率間隔越大改正精度越高;或者三頻二階改正算法，即采用3個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)，改正電離層效應(yīng)的一階項(xiàng)和二階項(xiàng);另外還可以采用三頻一階改正算法，即采用3個(gè)頻點(diǎn)的數(shù)據(jù)但只改正到電離層效應(yīng)的一階項(xiàng)［7，8］。3種算法中，偽距誤差對(duì)三頻一階改正算法的影響最小，但改正效果與雙頻改正算法接近。三頻二階改正雖然改正了電離層延遲的二階項(xiàng)，但受偽距誤差的影響較大。相比于雙頻電離層延遲改正，三頻電離層延遲改正對(duì)改正精度貢獻(xiàn)不大［7，8］。

因此電離層延遲改正對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的需求是:配置2個(gè)頻點(diǎn)值相差較大的頻點(diǎn)，以滿足電離層延遲改正精度需求。

2.3 整周模糊度解算需求

海洋測(cè)繪、航空航天測(cè)量和陸地測(cè)量等作業(yè)對(duì)測(cè)量精度要求非常高，需要借助載波相位進(jìn)行精密定位才能滿足其使用要求，其關(guān)鍵是首先要完成載波相位整周模糊度的快速、準(zhǔn)確解算。

理論上，使用單頻、雙頻或三頻觀測(cè)數(shù)據(jù)都可以求解載波相位整周模糊度，但解算時(shí)間和應(yīng)用范圍、解算成功率有較大差異。一般來說，對(duì)于10 km以內(nèi)的短距離應(yīng)用，單頻解模糊度時(shí)間一般在15 min左右，雙頻解模糊度時(shí)間一般在3 min左右，三頻能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)解算。但是，對(duì)于上百千米的中長(zhǎng)距離應(yīng)用，單頻和雙頻解模糊均要依賴長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)累積，無法在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)模糊度解算，而三頻應(yīng)用可以在短時(shí)間內(nèi)收集足夠的累積數(shù)據(jù)，幾分鐘以內(nèi)成功解算模糊度。另外，根據(jù)GPS的數(shù)據(jù)分析，三頻超寬巷組合的模糊度單歷元估計(jì)成功率幾乎達(dá)到 100%［9，11］。

因此整周模糊度解算對(duì)導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)的需求是:需要配置3個(gè)頻點(diǎn)，且3個(gè)頻點(diǎn)的距離能夠產(chǎn)生足夠的巷寬。

2.4 定位實(shí)時(shí)性需求

定位實(shí)時(shí)性(即首次定位時(shí)間)主要取決于信號(hào)捕獲時(shí)間、基本導(dǎo)航信息收集時(shí)間以及接收機(jī)處理能力等。與信號(hào)設(shè)計(jì)相關(guān)的主要指標(biāo)要素是與信息速率有關(guān)的基本導(dǎo)航信息收集時(shí)間。參考國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能指標(biāo)，以冷啟動(dòng)和溫啟動(dòng)1 min、熱啟動(dòng)2 s的首次定位時(shí)間指標(biāo)要求為例分析。

熱啟動(dòng)狀態(tài)下，接收機(jī)可以快速恢復(fù)衛(wèi)星信號(hào)且接收機(jī)中存有有效的基本導(dǎo)航信息，不需要重新接收和解調(diào)基本導(dǎo)航信息。冷啟動(dòng)和溫啟動(dòng)條件下，信號(hào)捕獲時(shí)間主要是在時(shí)域?qū)φ麄€(gè)周期內(nèi)的碼片和頻域?qū)Χ嗥绽疹l移范圍的搜索時(shí)間。按照目前的接收機(jī)硬件水平估計(jì)，信號(hào)的捕獲時(shí)間約1 s;接收機(jī)導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理的時(shí)間在幾十ms量級(jí)?；緦?dǎo)航信息的收集時(shí)間主要取決于信息速率和信息播發(fā)周期。初步評(píng)估，基本導(dǎo)航信息數(shù)據(jù)量約為665 bit，加上周內(nèi)秒、同步頭等輔助信息，預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)量為900 bit。如果信息速率分別為50 bps和25 bps，基本導(dǎo)航信息的播發(fā)時(shí)間分別約為18 s和36 s。考慮播發(fā)其他類導(dǎo)航電文信息的占用時(shí)間，基本導(dǎo)航信息的收集時(shí)間約分別為25 s和50 s。

因此，50 bps和25 bps的基本導(dǎo)航信息播發(fā)速率均能滿足冷啟動(dòng)和溫啟動(dòng)條件下定位實(shí)時(shí)性需求。

2.5 抗電磁干擾需求

影響系統(tǒng)抗干擾能力的因素有多種，下面主要從導(dǎo)頻信號(hào)、頻譜結(jié)構(gòu)、碼長(zhǎng)和信息速率等幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

①導(dǎo)頻信號(hào):現(xiàn)代化GPS、Galileo系統(tǒng)均設(shè)計(jì)了導(dǎo)頻信號(hào)。導(dǎo)頻通道的載波不需要處理由數(shù)據(jù)調(diào)制引起的載波相位翻轉(zhuǎn)。載波跟蹤可由載波環(huán)完成，比數(shù)據(jù)通道載波跟蹤用Costas環(huán)的門限優(yōu)越6 dB，使地面接收機(jī)能夠快速捕獲衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。地面接收機(jī)只要捕獲并跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)，即建立了載波跟蹤環(huán)路。因此增加導(dǎo)頻信號(hào)，有助于弱信號(hào)條件下信號(hào)的捕獲和跟蹤。

②頻譜結(jié)構(gòu):一方面，為了確保采取功率增強(qiáng)等手段來提高軍用信號(hào)的抗干擾能力時(shí)，能夠不影響民用信號(hào)的正常使用，另一方面，為了避免戰(zhàn)時(shí)敵方對(duì)軍用信號(hào)實(shí)施干擾時(shí)會(huì)同時(shí)干擾民用信號(hào)，要求軍民信號(hào)頻譜分離，以確保導(dǎo)航戰(zhàn)環(huán)境下民用信號(hào)的正常、連續(xù)使用。正如GPS將M碼與C/A碼和P碼的頻譜分開，就是要解決增加M碼功率對(duì)C/A和P(Y)碼的干擾問題，提高與C/A碼和P(Y)碼的兼容性。

③碼長(zhǎng):測(cè)距碼越長(zhǎng)，自相關(guān)和互相關(guān)性能就越好，同一衛(wèi)星信號(hào)或不同衛(wèi)星信號(hào)之間的相互干擾就越小。因此，選擇較長(zhǎng)的測(cè)距碼，可以提高抗干擾能力，但同時(shí)會(huì)增加信號(hào)捕獲時(shí)間和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，需要綜合考慮。

④信息速率:對(duì)于脈沖干擾，如果脈沖干擾的脈沖周期小于導(dǎo)航數(shù)據(jù)比特持續(xù)時(shí)間，就可以忽略對(duì)系統(tǒng)的影響，即低信息速率有利于抗脈沖干擾;對(duì)于窄帶干擾，速率越低，解擴(kuò)帶寬就越小，擴(kuò)頻增益也越高，落在解擴(kuò)帶寬內(nèi)的干擾功率就越低，即低信息速率有助于提高抗窄帶干擾能力。因此，信息速率越低抗干擾性能越高，同時(shí)有利于信號(hào)的捕獲、跟蹤和解調(diào)，但低信息速率會(huì)限制信息的更新周期，需要綜合考慮。

2.6 兼容性需求

兼容性(Compatibility)是指使用單一系統(tǒng)或多系統(tǒng)組合為用戶提供定位、導(dǎo)航和定時(shí)服務(wù)時(shí)，各系統(tǒng)間互不干擾。目前國(guó)際上普遍將兼容性定義為:多個(gè)GNSS系統(tǒng)對(duì)單個(gè)GNSS系統(tǒng)干擾引起的性能下降在可接受的范圍內(nèi)。在ITU-R M.1831建議書中采用等效載噪比作為系統(tǒng)間干擾評(píng)估參量。全球系統(tǒng)民用信號(hào)的兼容性主要考察落在相應(yīng)帶寬內(nèi)的GPS、Galileo和GLONASS所有導(dǎo)航信號(hào)、全球系統(tǒng)其他導(dǎo)航信號(hào)(如授權(quán)信號(hào))以及其他系統(tǒng)信號(hào)與民用導(dǎo)航信號(hào)的分離特性，分析各導(dǎo)航信號(hào)的干擾所導(dǎo)致的載噪比損失。由于干擾的存在使得載噪比下降，可以用等效載噪比的下降來評(píng)估干擾對(duì)接收機(jī)的影響。

信號(hào)兼容性需求標(biāo)準(zhǔn)是:所有干擾所引起的載噪比損失不能使到達(dá)地面的信號(hào)載噪比低于載噪比門限，同時(shí)保證其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的載噪比。

2.7 互操作需求

互操作性(Interoperability)是指使用多系統(tǒng)組合進(jìn)行定位、導(dǎo)航和定時(shí)，將比單一系統(tǒng)提供更好的服務(wù)性能且所獲得精度、完好性、可用性、連續(xù)性的好處大于接收機(jī)增加的代價(jià)。GNSS的兼容性使得多系統(tǒng)互操作成為新的發(fā)展趨勢(shì)，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也必然要與其他GNSS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作。

縱觀導(dǎo)航頻率分配和其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)規(guī)劃，Galileo的 E5a(1 176.45MHz)和 E1(1 575.42 MHz)將分別與GPS在L5和L1頻段上實(shí)現(xiàn)互操作。GLONASS也已在現(xiàn)代化計(jì)劃中提出要在L5和L1頻段上添加CDMA信號(hào)，與GPS實(shí)現(xiàn)互操作。日本QZSS發(fā)布的頻率計(jì)劃中，也將在L1、L2和L5上實(shí)現(xiàn)與GPS的完全兼容與互操作?？梢?，L1和L5已成為國(guó)際上衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的主要互操作頻段。

根據(jù)互操作要求，GNSS頻率配置和空間信號(hào)的互操作主要是通過共用中心頻率和頻譜重疊來實(shí)現(xiàn)的，一方面解決了衛(wèi)星導(dǎo)航頻率資源的緊缺問題，另一方面可以減少接收機(jī)內(nèi)為不同中心頻率提供基準(zhǔn)頻率而產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化多系統(tǒng)聯(lián)合GNSS接收機(jī)設(shè)計(jì)和制造，降低功耗、成本和重量。

結(jié)合國(guó)外GNSS系統(tǒng)互操作情況，為適應(yīng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展大趨勢(shì)、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)要與國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接軌，也應(yīng)該在L1和L5頻段上設(shè)計(jì)民用導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與GPS、Galileo和GLONASS三大導(dǎo)航系統(tǒng)的互操作，且中心頻點(diǎn)、調(diào)制方式和信號(hào)結(jié)構(gòu)要與其他GNSS系統(tǒng)趨于一致。

2.8 國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求

GPS面向民用的服務(wù)信號(hào)有3個(gè)頻點(diǎn)(包括用于生命安全服務(wù)的2個(gè)頻點(diǎn))，且各個(gè)民用頻點(diǎn)的設(shè)計(jì)能夠滿足不同民用場(chǎng)合的需求;Galileo面向民用的服務(wù)信號(hào)有3個(gè)頻點(diǎn)(包括用于公開服務(wù)的1個(gè)頻點(diǎn)和用于生命安全服務(wù)的2個(gè)頻點(diǎn));作為GLONASS現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，俄羅斯正在研制新一代的 GLONASS-K衛(wèi)星，GLONASS-K衛(wèi)星將增發(fā)L3/L5民用信號(hào)，使民用信號(hào)達(dá)到3個(gè)。

從國(guó)際民用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求的角度分析，我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號(hào)的設(shè)計(jì)應(yīng)不少于3個(gè)頻點(diǎn)，在考慮數(shù)字處理技術(shù)發(fā)展的同時(shí)能夠滿足不同民用場(chǎng)合的需求。

3 結(jié)論和應(yīng)用

導(dǎo)航信號(hào)是空間衛(wèi)星星座、地面系統(tǒng)以及終端設(shè)備之間協(xié)調(diào)工作的紐帶和基礎(chǔ)，這里采用定量與定性相結(jié)合的方法，探討了民用信號(hào)設(shè)計(jì)需求、設(shè)計(jì)原則及分析思路。綜合以上各方面的分析結(jié)論，給出現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)主要需求建議如下:

①民用信號(hào)至少設(shè)計(jì)3個(gè)頻點(diǎn):其中2個(gè)頻點(diǎn)值相差較大以滿足雙頻電離層延遲改正精度需求，3個(gè)頻點(diǎn)值能夠產(chǎn)生足夠的寬巷以滿足載波相位整周模糊度快速解算需求;在國(guó)際規(guī)定的不易受干擾的航空無線電導(dǎo)航頻段(ARNS)設(shè)計(jì)2個(gè)民用信號(hào)L1和L5，以滿足生命安全服務(wù)和與國(guó)際GNSS系統(tǒng)互操作需求。

②各個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)獨(dú)立設(shè)計(jì)、互為備份:在確保服務(wù)功能和性能的前提下，盡可能考慮各頻點(diǎn)信號(hào)的多樣化設(shè)計(jì)，使用戶能夠權(quán)衡服務(wù)性能、實(shí)現(xiàn)成本、設(shè)備結(jié)構(gòu)等需求來選擇合適的信號(hào)，以滿足各種民用場(chǎng)合的應(yīng)用。如為車輛、手機(jī)等大宗用戶市場(chǎng)設(shè)立的公開服務(wù)，要求信號(hào)設(shè)計(jì)盡量低碼率、低數(shù)據(jù)速率等，以滿足接收機(jī)體積小、耗電省、價(jià)格低的需求;為民用航空以及陸地、鐵路、海運(yùn)等載體設(shè)立的生命安全服務(wù)，對(duì)服務(wù)的完好性、連續(xù)性和可用性要求較高，要求碼序列較長(zhǎng)，能產(chǎn)生較強(qiáng)的抗干擾能力等。

③增加導(dǎo)頻信號(hào)，盡可能與軍用信號(hào)頻譜分離:導(dǎo)頻信號(hào)有助于弱信號(hào)條件下信號(hào)的捕獲和跟蹤;民用信號(hào)盡可能與軍用信號(hào)頻譜分離，以確保導(dǎo)航戰(zhàn)環(huán)境下民用信號(hào)的正常、連續(xù)使用。

④對(duì)系統(tǒng)多個(gè)性能指標(biāo)有影響且相互矛盾的信號(hào)元素，采取以下設(shè)計(jì)原則綜合考慮:關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)先考慮、對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)影響大的信號(hào)元素優(yōu)先考慮、合理平衡信號(hào)性能與系統(tǒng)和用戶端的實(shí)現(xiàn)代價(jià)。如碼長(zhǎng)的設(shè)計(jì)要綜合考慮抗干擾能力和捕獲時(shí)間、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等需求，信息速率的設(shè)計(jì)要綜合考慮抗干擾性能和信息的更新速率等需求。

除以上總結(jié)的幾點(diǎn)外，在現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)體制設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮頻率資源約束條件、星上和接收機(jī)可實(shí)現(xiàn)性等對(duì)頻點(diǎn)、信號(hào)功率、調(diào)制方式、頻譜結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)約束。

4 結(jié)束語

上述立足于現(xiàn)代化衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，在對(duì)國(guó)外GPS、Galileo以及GLONASS等系統(tǒng)民用信號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，從全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用戶需求和現(xiàn)代化升級(jí)建設(shè)等方面，分析了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用信號(hào)設(shè)計(jì)需求。研究結(jié)論為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)體制的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)提供分析思路和設(shè)計(jì)依據(jù)。

［1］INTERFACE SPECIFICATION.IS-GPS-200E，Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces［S］，2010.

［2］INTERFACECONTROLDOCUMENT.ICD-GPS-705，Navstar GPS Space Segment/User Segment L5 Interfaces［S］，2005.

［3］INTERFACE SPECIFICATION. IS-GPS-800A， Navstar GPS Spaces Segment/User SegmentL1C Interfaces［S］，2010.

［4］GAL OS SIS ICD.European GNSS(Galileo)Open Service Signal in Space Interface Control Document［S］，2010.

［5］GLONASS ICD.Glonass Interface Control Document［S］，2002.

［6］KAPLAN E D，HEGARTY C J.UnderstandingGPS Principles and Applications(Second Edition)［M］.American:Artech House，2006:194 －199.

［7］王夢(mèng)麗，王飛雪.三種電離層延遲多頻修正算法的比較［J］.測(cè)繪科學(xué)，2008，33(4):58 －60.

［8］王夢(mèng)麗，王飛雪.三頻電離層延遲改正中多路徑效應(yīng)和觀測(cè)噪聲的削弱算法［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2008:37(3)，418－422.

［9］JUNG J.Optimization of Cascade Integer Resolution with Three Civil GPS Frequencies［C］∥Proceedings of ION GPS-2000，Salt Lake City，2000:2 191 －2 200.

［10］SJOBERG L E.Unbiased vs Biased Estimation of GPS Phase Ambiguities From Dual Frequency Code and Phase Observables［J］.Journal of Geodesy，1999，73:118 －124.

［11］HOREMUZ M，SJOBERG L E.Rapid GPS Ambiguity Resolution for Short and Long Baselines［J］.Journal of Geodesy，2002，76:381－391.