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现代化后GPS卫星信号的几点改进

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文章附图

GPS系统源于1958年美国海军导航卫星系统项目,该项目于1960年发射了第一颗导航卫星,旨在为美国海军陆地、海洋和空中作战装备提供位置定位和导航服务,是世界上第一个成功运行的卫星导航系统。


GPS系统早期发射的信号只有L1(1575.42MHz)和L2(1227.60MHz)两个频段。其中,L1频段上调制了C/A码和P(Y)码,L2频段上调制了P(Y)码;C/A码对普通用户开放,P(Y)码只对授权用户开放。


随着社会的发展,民用领域对卫星导航系统的需求日益加强。早期的GPS系统已经无法满足。1999年美国提出了GPS现代化计划。主要包括以下几点:


1. 取消了选择可用性(SA)限制,使民用定位精度提高了3~5倍;
2. 在L2频段上增加了一个新的民用信号L2C;
3. 增加L5频段(1176.45 MHz),调制了民用信号L5;
4. 改造现有的L1 C/A码信号,提升信号发射功率。
5. 增加新的军用码(M码)

6. 对现运行的GPS卫星进行升级,以发射新体制信号。


现代化后的GPS卫星总共发射4种民用信号,分别是L1 C/A、L2C、L5和L1C。

L1 C/A:第一种民用信号,码长1023,码速率1.023 MHz,周期1 ms,码片宽度约1 us。上面调制有导航电文,速率为50 bps。L1 C/A码信号到达地面信号强度为-160~-153 dBW之间,GPS现代化以后,信号功率有所提高。



L2C:第二种民用信号,主要目的是利用双频消除电离层影响。L2C上调制有CM和CL两种伪码。其中,CM码长10230 bit,码速率511.5 kHz,码周期20 ms,调制有导航电文。CL码长767250 bit,码速率511.5 kHz,码周期1.5 s,不调制任何数据,目的是消除导航电文导致的相位突变,以便更好地对信号进行捕获和跟踪。


L5C:第三种民用信号,2008年开始使用,由相互正交的两种信号分量组成,只有I路调制了导航电文,码速率10.23 MHz。主要的目的是提高电离层修正能力,提高抗干扰能力,抗多径性能等。


L1C:第四种民用信号,于2013年发射,主要目的是使用户实现不同GNSS系统之间的互操作性。



GPS信号的频谱分布如上图所示。除民用信号外,GPS还发射军用码信号,供美国军方或授权用户使用。军用码信号拥有更高的定位精度和更好的抗干扰能力。目前,军用码信号有L1/L2 P(Y)码,码速率10.23 MHz,码周期1星期。还有GPS现代化后的M码信号,使用二进制偏移载波(BOC)调制。


20200210

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