GPSIII首星信号结构及其特性分析

卢晓春 王 萌 王 雪 饶永南

①(中国科学院国家授时中心 西安 710600)

②(中国科学院大学天文与空间科学学院 北京 101407)

③(中国科学院大学电子电气与通信工程学院 北京 101407)

1 引言

相比于传统全球定位系统(Global Positing System,GPS)信号，GPS现代化卫星具有更好的信号相关特性、更大的信号功率、更妥善的导航电文结构、更高的定位精度以及更强的抗干扰能力[1]。特别是在GPS现代化建设第3阶段中，如表1，将通过发射Block III卫星而增加新型民用L1C信号[1]。为了优先保障军事应用，在保留平时M码信号进行全球覆盖性发射这一思路的基础上，增加了在必要时通过高增益天线定向地产生高功率点波束发射[1]。美国于2018年底发射第1颗GPSIII卫星，继Galileo和北斗全球卫星导航系统(BeiDou System,BDS)后，GPS首次在轨播发复用二进制偏移载波(Multiplexed Binary Offset Carrier,MBOC)调制中经典的时分复用二进制偏移载波(Time Multiplexed Binary Offset Carrier,TMBOC)调制信号[2–5]，全球定位系统II代(Global Positing System II,GPSII)采用正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK)调制以及相干自适应副载波调制(Coherent Adaptive Subcarrier Modulation,CASM)复用方式，GPSIII代复用方式尚未公开。2019年8月，第2颗GPS III卫星成功发射，标志着GPS现代化第3阶段更向前推进一步。

表1 GPSL1信号分量

当前，关于GPS III信号的系统官方文件尚未全部公布，GPS III实际播发信号的结构和性能亟需研究。德国宇航中心的Steffen Thoelert团队对GPS III首星从频谱和星座图进行了初步分析，中国电子科技集团54研究所也做了类似的工作，对GPS III信号结构的深入研究还有很大的空间。国家授时信号质量评估团队在完成上述工作的同时，参考目前已公开的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)控制接口文档(Interface Control Document,ICD)评估指标项为模板，更深入地进行了实际播发信号的分析工作，给出了当前信号质量评估结果，弥补了该项空白。……