[发明专利]卫星导航系统的调制信号

说明书

本申请是申请日为2004年9月1日申请号为第200480025000.1号发明名称为“卫星导航系统的调制信号”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及调制信号、系统和方法，例如导航和定位信号、系统和方法。

背景技术

卫星定位系统(SPS)依赖由多个卫星、陆基或空载等效物的广播的测距信号在特定星座或一组星座中的被动测量。一板载时钟被用来产生规则的并一般为连续的事件序列(一般被称为“时期”)，其发生的时间被编码成随机或伪随机码(被称为扩展码)。作为时期编码序列的伪随机或随机特征的序列，输出信号的功率谱在由多个因素确定的频率范围内扩展，所述多个因素包括扩展码单元和扩展信号使用的波形的变化率。典型地，扩展波形是矩形并具有sinc函数功率谱。

测距信号被调制在载波信号上以传送至被动接收器。已知的应用包括陆地、空中、水下和空间使用。典型地，采用二进制相移键控以调制自身具有恒定量级的载波信号。一般来说，用相位正交法将至少两个这样的信号调制于同一载波。所产生的载波信号保持其恒定包络但具有依赖于两个独立输入信号的四相位状态。然而，要知道这两个调制信号不一定要有相同的载波量级。可通过适当地选择除了π/2弧度的相应相位而维持合成信号的恒定载波量级。

这种卫星定位系统的一个例子是全球定位系统(GPS)。一般来说，GPS使用多个频率而工作，例如L1、L2和L5，其中心频率分别为1575.42MHz、1227.6MHz和1176.45MHz。这些信号的每一个都由各自的扩展信号进行调制。正如本领域内技术人员所了解的，由GPS卫星导航系统发射的粗略获取(CA)码信号在1575.42MHz的L1频率进行广播，其扩展码速率(码片速率)为1.023MHz。CA具有矩形的扩展波形并被归类为BPSK-R1。在GPS信号结构中，由卫星广播于L1频率的信号具有相位正交的第二分量，它被称为精确码(P(Y)码)并仅对经授权用户可用。P(Y)码用扩展码BPSK被调制，扩展码频率为10.23MHz并且信号功率的量级比CA码传输的量级低3dB。结果，Q分量的量级为I分量的0.7071(-3dB)倍，本领域内技术人员能理解这些信号的这些状态的相位角相对于±I轴为±35.265°(如ICD GPS 200C中所规定的CA码信号的相位)。本领域内技术人员还能理解P码是Y码的函数或由Y码加密。Y码用来对P码加密。本领域内技术人员应理解，对于给定的卫星，包含I&Q分量的L1信号以及L2信号可被表示为：

S_L1i(t)＝A_Pp_i(t)d_i(t)cos(ω₁t)+A_Cc_i(t)d_i(t)sin(ω₁t)，

S_L2i(t)＝B_Pp_i(t)d_i(t)cos(ω₂t)

其中，A_P和A_C是P和CA码的振幅，典型地A_P＝2A_C；

Bp是L2信号的振幅；

ω1和ω2是L1和L2载波频率；

p_i(t)表征P(Y)测距码并且是码片速率为10.23Mcbps的伪随机序列。P代码具有正好1周的周期，值取为+1和-1；

c_i(t)表征CA测距码并且是1023码片Gold码，值取为+1和-1；

d_i(t)表征数据消息，值取为+1和-1；

卫星星座一般包括24个或更多卫星，它们经常遵循相似的轨道或类似形状的轨道，但处在多个轨道平面。在码分多址卫星(诸如GPS)中，每个卫星的传输是基于相同的标称载波频率，或者基于邻近的相关频率(诸如GLONASS)。该卫星发送不同的信号以即使在若干卫星同时可见的情况下也能单独选择每一个信号。