GPS L5信号的前生今世     DATE: 2019-07-16 17:42

GPS L5信号的由来

GPS L5信号不是自GPS系统一开始就有的,而是随着卫星定位技术被广泛使用,人们对定位系统要求越来越高应运而生的。

GPS系统是美国全球卫星定位系统的简称,从1980年发射至今已经经历了30多年。GPS系统初始目的只是为了服务美国全球军事活动而设计,每颗卫星都发射两个载频的信号L1(1575.42MHz)L2(1227.6MHz)。我们现在常用的L1 C/A码的信号在初期的设计上不是用来定位的,而是用来帮助捕获P码的,因此C/A称为粗码或捕获码,P码称为精码。然而美国政府没想到的是民用接收机技术发展很快,即使使用C/A码也可以达到最高3米的定位精度,同时带动的GPS产业也十分巨大。在此背景下美国政府决定进行开展GPS现代化,即在新发射的GPS卫星上增加更好的民用信号L5。

Ref.GPS ICD IS-GPS-705

GPS L5信号有哪些特点,解决了哪些问题?

作为早期设计的定位信号GPSL1 C/A有很多缺陷,比如:

互相关性不好,会影响到信号的截获和信号的完好性C/A码自相关旁峰不够低,有可能影响信号截获抗干扰能力,包括抗窄带干扰的能力弱易受多径影响没有纠错编码
新的GPSL5信号从设计初始来解决L1C/A的问题:

L5的载频是1176.45MHz,因此波长更长,衍射能力更好,自由空间衰减更小,达到地面的功率也会更高。同一条件下,L5信号比L1信号的功率高6个dB也就是4倍左右。L5两个通道的伪随机码的速率均为10.23Mcps,周期为1ms或10230个基码,而不是C/A码的1.023Mcps和1023个基码。码速率提高了10倍因此码片的长度变小了10倍,抗多径的能力自然也提高了。(关于多径的问题我们会在后面作为独立主题进行讨论)导航(电文)数据本身的速率仍是50bps,然而在L5中要对其作1/2比率的前向纠错卷积编码,其速率变成了100sps。此时的L5信号具有了导航电文纠错能力,可提高在低功率环境下定位速度。L5信号由两个幅度相等而相位正交的分量组成,一个分量载有卫星的导航电文(或叫做数据信号),一个未载有数据称之谓无数据(或导频)信号。无数据通道没有180模糊性,从而改善了载波恢复能力,可实现瞬时载波模糊性解。

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