《測繪學報》

構建與學術的橋梁 拉近與權威的距離

一

需求與挑戰

1.1 衛星導航信號的作用與意義

衛星導航信號是由導航衛星向地球表面播發的無線電測量信號，承擔著傳遞時空基準信息和實施被動測距兩大任務，是衛星導航系統實現三邊定位的核心載體。衛星導航信號是整個衛星導航系統的神經中樞，同時連接著控制段、空間段和用戶段三大組成部分，不但是整個衛星導航系統唯一的用戶接口，而且是衛星導航系統唯一的反饋鏈路。因此，衛星導航信號既是衛星導航系統形成能力的重要環節，又是發揮其效能的關鍵因素，在很大程度上決定了衛星導航系統的先天性能和PNT服務能力，發揮著不可或缺的關鍵作用。

在衛星導航技術研究中，衛星導航信號集中反映了衛星導航系統技術體制的本質，是衛星導航技術創新的源頭。在衛星導航系統建設中，衛星導航信號是空間段和用戶段研制的重要輸入條件，是系統建設的基礎。在衛星導航產業發展中，衛星導航信號貫穿了產品的研究、設計、制造、集成、測試等整個產業鏈，對衛星導航產業的發展影響深遠。在國際合作與交流中，衛星導航信號是國際頻率協調、兼容與互操作談判的核心內容。

因此，衛星導航信號已經成為衛星導航系統升級換代的標志、自主可控的象征。

1.2 北斗三號導航信號設計的主要需求

根據三步走的發展戰略，北斗三號的發展目標是：建立獨立自主、開放兼容、技術先進、穩定可靠的全球導航衛星系統，推動我國衛星導航產業及應用的發展，促進衛星導航的國際合作與交流。為了實現這個發展目標，北斗三號導航信號設計必須滿足如下基本要求：

? 自主知識產權：確保系統自主可控，促進GNSS應用和產業發展；

? 兼容與互操作：融入國際GNSS大家庭，與其他GNSS共同為全球用戶提供高性能的PNT服務；

? 高性能、多樣化的服務：采用最先進的技術，提升PNT的服務性能，滿足不同用戶的各種需求；

? 平穩過渡：實現從北斗二號到北斗三號的平穩過渡，保護廣大廠商和用戶的利益。

1.3 北斗三號信號設計面臨的主要挑戰

北斗三號的起步晚于GPS現代化和Galileo的建設，衛星導航信號設計面臨著巨大的挑戰，集中體現在以下幾個尖銳的矛盾：

? 性能提升vs.頻譜資源：更好的性能、多樣化的服務需要足夠的頻率資源，但導航頻段資源匱乏、信號擁擠，北斗三號可用的頻率資源極為有限。

? 中國特色vs.兼容與互操作：中國的北斗需要有自己的特色，但為了走向世界、服務全球，北斗三號導航信號必須滿足與GPS等其它GNSS的兼容與互操作要求；

? 自主創新vs.專利約束：導航信號的創新設計是北斗三號自主可控、升級換代的標志性成果，但以Galileo為代表的其它GNSS已經完成了全球性的信號專利布局；

? 技術先進vs.研究基礎：世界一流的導航系統必須有世界一流的導航信號，但我國相關的基礎理論薄弱，技術儲備嚴重不足；

? 跨越式發展vs.平穩過渡：趕超先進需要技術突破，但北斗三號的信號設計還要考慮從北二號到北斗三號的平穩過渡。

二

創新的信號設計理論與技術

2.1 多載波恒包絡復合信號理論

新一代衛星導航信號設計面臨的基本問題是:在帶寬和功率同時受限的條件下提升信號的測距精度并實現服務的多樣性。因此，如何解決在兼容與互操作的約束下帶寬與精度、發射功率與信號數量之間的矛盾就成為了北斗三號衛星導航信號設計的關鍵。經過多年的深入研究，我們對衛星導航信號的本質和發展規律有了一個全新的認識，提出了一種創新的衛星導航信號理論:多載波恒包絡復合導航信號。多載波恒包絡復合導航信號具有以下的特點：

? 頻域稀疏+時域恒包絡+結構靈活;

? 能有效利用碎片化的頻譜資源;

? 能形成更大的Gabor帶寬;

? 可提供多種接收方式和不同服務性能。

多載波恒包絡復合導航不但發展和完善了現代衛星導航信號的理論，并且為北斗三號的信號設計提供了堅實的理論基礎。在這個理論框架下，結合北斗三號的具體需求和約束，我們提出了兩種創新的導航信號結構。

2.2 正交復用二進制偏移載波(QMBOC)信號

? QMBOC的信號結構

以B1頻點信號為背景，將BOC(1,1)與BOC (6,1)兩個信號分量分別調制在載波的兩個正交相位上，形成了一種新的多分量恒包絡信號結構；兩個分量功率比可調，可以使用相同或者不同的PRN碼。

? QMBOC的主要特點

可滿足B1(L1/E1)頻點的頻譜兼容性要求；具有自主知識產權，可規避TMBOC和CBOC的專利風險；具有更高的測距精度、更好的抗多徑性能以及多種接收方式。

? QMBOC的工程應用優勢

對于衛星荷載，可以支持信號的在軌參數配置，提供不同的服務性能。對于用戶設備，可以支持多種接收模式，兼顧低成本消費類、高性能導航與授時型和高精度測量類型等需要，滿足不同用戶的需求。

2.3 非對稱恒包絡二進制偏移載波(ACE-BOC)信號

? ACE-BOC的信號結構

以B2頻點信號為背景，將2個頻點上、不多于4個的信號分量以任意功率比進行恒包絡復用，形成上下邊帶結構的多載波復合信號；能實現多種具體形式，包括：QPSK/QPSK，QPSK/BPSK，QPSK等等。

? ACE-BOC的技術特點

可滿足B2頻點與L5/E5頻點的頻譜兼容性要求；具有自主知識產權，可規避AltBOC的專利風險；具有很強的抗干擾、抗多徑能力；分量的數量和功率均可調，信號結構十分靈活；接收方式多種多樣。

? ACE-BOC的工程應用優勢

對于衛星載荷，支持不同類型的衛星采用不同的播發策略，并支持在軌信號重構，可以根據實際需要優化信號結構；對于用戶設備，支持多種接收方式，滿足多樣化的用戶需求。

2.4 QMBOC和ACE-BOC的學術影響力和知識產權

QMBOC和ACE-BOC受到了國際學術界和工業界的廣泛關注，并得到權威專家的高度評價，被譽為“未來可能改變整個星基導航信號體制的技術”。此外，QMBOC和ACE-BOC還被寫入近年來出版的多部衛星導航權威著作。在2014年前，QMBOC和ACE-BOC的三個發明專利(PCT/CN2014/093023、PCT/CN2013/087732和CT/CN2013/000675)已經完成了在全球17個國家和地區(含歐盟)的知識產權布局。

? PCT/CN2014/093023，擴頻信號的生成方法、生成裝置、接收方法和接收裝置(QMBOC)；

? PCT/CN2013/087732，雙頻四分量擴頻信號的恒包絡生成方法和裝置、接收方法和裝置(ACE-BOC查表法)；

? PCT/CN2013/000675，衛星導航信號及其生成方法、生成裝置、接收方法和接收裝置(ACE-BOC解析法)。

2014年開始，陸續獲得了中國、美國、俄羅斯及日本等12個國家和地區的專利授權。

權威 | 專業 | 學術 | 前沿微信投稿郵箱 | song_qi_fan@163.com

歡迎加入《測繪學報》作者QQ群： 297834524
進群請備注：姓名+單位+稿件編號

總結

以上是生活随笔為你收集整理的北斗三号b1c频点带宽_北斗三号导航信号的创新设计（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。