北斗三号星的技术特点的详述

发布时间: 2021-03-22 06:24:14浏览次数:

北斗三号星的技术特点的详述

B1C是北斗三号的主用信号，未来所有北斗用户、乃至全球的GNSS用户都需要接收，将成为北斗系统的重要标志（类似于当前GPS的L1 C/A和未来的L1C信号）。B1C是一个技术先进且具有自主知识产权的新一代导航信号，既能满足位置服务等消费类低成本用户的需求，又能满足高精度测量等专业类高性能用户的需求。
B1C信号的载波频率为1575.42MHz，与GPS L1和GalileoE1共享频点，带宽为32.736MHz。采用数据与导频正交的现代化信号结构：数据分量由导航电文和测距码经子载波调制产生，采用正弦BOC(1, 1)调制；导频分量由测距码经子载波调制产生，采用QMBOC(6, 1,4/33)调制。数据分量与导频分量的功率比为1:3，信号功率向导频倾斜，符合测距精度越高越好、解调性能够用即可的设计原则，有利于提升B1C信号的整体性能。
B1C信号的测距码结构与B2a相同，均由主码和子码异或构成。主码速率为1.023Mcps，码长为10230，由长度为10243的Weil码通过截断获得。主码共有126个，即数据码和导频码各63个。B1C导频分量的子码长度为1800，由长度为3607的Weil码通过截断得到，生成方式与主码相同，共63个。
B1C信号的导航电文采用B—CNAV1格式。B-CNAV1导航电文数据调制在B1C数据分量上，每帧电文长度为1800符号位，符号速率为100 sps，播发周期为18秒。
B2a为北斗三号的第二个民用信号，用来替换北斗二号的B2I信号，主要为双频或者三频接收机提供服务，可用于生命安全服务和高精度测量等高性能服务，也可用于对性能要求较高的消费类服务。
B2a信号载波频率1176.45MHz，与GPSL5和Galileo E5a共享频点，带宽为20.46MHz。也采用数据与导频正交的结构（QPSK）：数据分量由导航电文数据和测距码调制产生，采用BPSK(10)调制；导频分量仅包括测距码，也采用BPSK(10)调制。导频分量与数据分量的功率比为1:1。
刚才已经说过，B2a信号的测距码结构与B1C相同，也由主码和子码异或构成。主码速率为10.23Mcps，码长为10230，由两个13级线性反馈移位寄存器通过移位及模二和生成的Gold码扩展得到。在同一卫星上，B2a信号两个分量的主码生成多项式不同，但采用相同的初始状态。B2a信号测距码共有126个，其中数据码、导频码各63个。对于不同的卫星，B2a数据分量的子码相同，B2a导频分量的子码不同。B2a数据分量子码码长为5，采用固定的5位码序列作为子码，子码序列为00010。B2a导频分量子码码长为100，由长度为1021的Weil 码通过截断得到，定义方式与B1C主码相同。
B2a信号的导航电文采用B-CNAV2格式。B-CNAV2导航电文数据调制在B2a数据分量上，每帧电文长度为600符号位，符号速率为200sps，播发周期为3秒。B-CNAV2导航电文最多可定义63种信息类型，当前定义了7个有效信息类型。
B1C是一种全新的导航信号，技术先进、结构复杂，信号分量较多，可以发展出多种不同接收方案，以满足不同用户需求。而且，北斗三号将在MEO和IGSO卫星上同时播发B1C和B1I，将发展出独特的接收方法，可充分挖掘北斗三号的潜能。B2a信号是一种数据与导频正交的复合信号，与GPS L5和Galileo E5a相似，其基本的接收方法已趋成熟。因此，未来北斗三号接收技术的主要创新在于B1C信号接收处理的新理论、新方法，以及B1C与GPS L1C、Galileo E1 OS信号高效的互操作接收技术。这也是本报告接下来要介绍的内容。
先来分析B1C信号的结构特点。前面已经谈到B1C信号由BOC(1, 1)数据分量与BOC(6, 1, 4/33)导频分量构成，其中的BOC(6, 1, 4/33)分量包含了正交的BOC(1, 1)和BOC(6, 1)成分。因此，整个B1C信号实际包含了三个实分量：BOC(1, 1)数据、BOC(1, 1)导频和BOC(6, 1)导频。
由此，从方法论的角度出发，我们可以发展出两种基本的接收方法：宽带接收和窄带接收。
宽带接收：带宽取14MHz左右，同时接收窄带分量BOC(1, 1)和宽带分量BOC(6, 1)。在这种匹配接收模式下，由于B1C的QMBOC与TMBOC、CMBOC具有相同的功率谱密度，三者具有完全相同的捕获、跟踪性能。
窄带接收：带宽取4MHz左右，只接收窄带分量BOC(1, 1)。当接收机只处理BOC(1,1)分量时，QMBOC具有更好的性能：QMBOC的捕获灵敏度比TMBOC提高0.51dB以上；QMBOC性能在接收带宽为4MHz时比TMBOC提高0.6164 dB。
因此，整体来说QMBOC的性能优于GPS和Galileo的TMBOC、CMBOC信号。
由于北斗三号将在MEO和IGSO卫星上同时播发B1C和B1I，而B1I、B1C基于同一星上时钟分别产生，经过一种特殊的复用方案后经功放和天线发射到地面，故从用户的角度可将B1C和B1I视为一个特殊的双边带宽带信号。我们暂且称之为B1频点上的非对称双边带信号B1-ADS。B1-ADS信号的特点有：
（1）很高的等效RMS带宽：B1-ADS等效带宽不仅大于B1I和B1C，甚至大于采用10.23 Mcps宽带B2a信号。因此，B1-ADS信号在理论上具有显著的测距性能优势，以及明显的抗干扰、抗多径优势。
（2）复杂的自相关函数：B1-ADS的自相关函数具有非常尖锐的主峰，说明B1-ADS信号理论上具有显著的测距性能优势，但也具有更复杂的边峰结构，在接收中需要解决复杂的多峰模糊问题。
由于B1-ADS的两个边带B1I、B1C信号的调制方式、码速率、电文和功率都不相同，传统的用于对称信号接收的处理技术不适用。因此，我们需要发展一类特殊的接收方法来接收B1-ADS，即同时接收B1I和B1C，进一步挖掘北斗三号信号测距精度和抗干扰、抗多径的潜能。下图是一种建议的B1-ADS接收方案，也就是B1I和B1C信号的联合接收方案。
这种方案的基本思路是：借鉴DET独立跟踪副载波解决多峰模糊；上下边带分别进行相关，避免生成副载波波形，并可灵活支持双边带和单边带处理；上下边带采用不同结构的相关器，解决上下边带调制方式不同问题；利用已知发射功率比值进行功率补偿，解决上下边带功率不同问题；利用数据辅助的电文剥离方法，解决B1I仅有数据通道的问题。
这种方法可以较低的硬件复杂度支持B1-ADS信号的准最优接收处理，此外还可以兼容B1I或B1C独立接收处理模式。
由此可以看出我国北斗三号星的技术特点是精细和成功的。而2020年6月部署全面完成的北斗三号系统在精度上，北斗是唯一采用中圆轨道、地球静止轨道、地球同步轨道三种轨道搭配的星座，这样亚太地区可以几乎永久保持至少12颗卫星可见，大幅提高该区域定位精度。另外，北斗使用的是三频信号，有利于提升抗电离层的干扰，提高了定位可靠性。北斗全球系统星座部署完成堪称2020年度中国最成功的科技成果之一，也是守护我们国家安全的重要法宝。

北斗三号星的技术特点的详述

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