【现货速发】全球导航卫星系统兼容原理及其仿真

2 0 1 2年1 2月2 7日上午, 北斗卫星导航系统 (BDS) 新闻发布会在国务院新闻办公室
新闻发布厅召开, 宣布北斗卫星导航系统正式提供区域服务。 北斗卫星导航系统的建成意
味着我国的科技实力在导航领域有新的突破和延伸, 这期间有杰出的科学家在前面探索开
拓研究, 培养了众多科技人才。 随着诸多关于卫星导航的优秀书籍陆续出版, 使很多从事
与卫星有关工作的学者受益匪浅。 作为受益者之一, 我们想尽一份力量, 结合自己的研究
成果, 并综合国内外的一些研究成果, 撰写 《 全球导航卫星系统兼容原理及其仿真》 一
书, 帮助关注兼容评估或互干扰分析的学者系统了解兼容理论和互干扰计算方法。
第1章将介绍全球导航卫星系统兼容的研究背景、 全球导航卫星系统兼容的定义, 以
及全球导航卫星系统兼容的国内外研究现状, 并指出现代化全球导航卫星系统的性能指标
不仅包括有效性、 准确性、 完好性和连续性, 还应该包括兼容性和互操作。 卫星导航系统
一般由空间段、 地面控制段和应用段等三个部分组成。 其中, 空间段主要由卫星导航星座
等组成; 地面控制段主要包括全球地面控制段、 全球地面任务段、 全球域网、 导航管理中
心、 地面支持设施和地面管理机构等; 应用段主要包括区域性和本地性的系统应用服务、
用户接收机及其等同产品。 在卫星导航系统的三个部分中, 空间段中的星座、 频率部署和
信号体制处于首要的位置, 直接影响着兼容结果。 本书的第2章~第4章将围绕星座、 频
率部署和信号体制来综合分析目前的四大全球导航卫星系统。 第2章介绍目前已存在和在
建的四大全球导航卫星系统 (GP S、 GLONAS S、 GAL I LEO 和 BDS) 在 L频段上的频率
部署情况, 不同卫星导航系统占用相同的频段会造成相互干扰而出现兼容问题, 因系统内
或系统间信号频谱重叠, 将导致信号间不同程度的干扰。 第3章主要介绍子载波调制方
式。 导航信号的子载波调制方式显著影响信号的功率谱密度包络, 如 BOC 调制方式, 其
分裂的谱结构可以有效减小信号谱主瓣的重叠度, 有效提高信号的兼容性。 第4章介绍
GP S、 GAL I LEO、 GLONAS S和 BDS的信号体制结构, GP S、 GAL I LEO 和 BDS都采用
CDMA 传输模式, 而 GLONAS S则采用 FDMA 传输模式。 第5章介绍全球导航卫星系统
干扰对捕获、 跟踪与数据解调的影响, 简单讨论射频前端带宽、 自动增益控制和 A /D 转
换对干扰抑制的影响, 给出SN I R 分析模型, 以及等效载噪比和谱分离系数的推导过程。
第6章讨论全球导航卫星系统干扰对码跟踪误差的影响, 给出码跟踪误差分析模型, 推导
相干和非相干超前减滞后码跟踪误差、 码跟踪谱灵敏度系数, 总结白噪声下的码跟踪误差
前 言
·Ⅵ·
和部分频带干扰下的码跟踪误差。 第7章就导航信号参数与功率谱密度的关系, 给出导航
信号功率谱密度的一般解析式, 推导伪码序列、 数据速率和码片波形对信号功率谱的影
响, 后讨论预检测积分时间对信号功率谱的影响, 并给出长码的界定准则。 第8章将系
统总结全球导航卫星系统兼容评估理论, 给出评估模型及参数、 星地链路损耗的计算模
型、 评价指标和兼容的理论评估方法。 第9章基于前面的理论基础, 对 GP S、 GAL I LEO
和 BDS的系统内干扰和系统间干扰进行仿真。 第1 0章是本书内容的扩展, 主要讨论全球
导航卫星系统互干扰抑制技术, 互干扰抑制技术的应用和发展可减弱导航系统间的干扰,
提高系统间的兼容能力。 第1 1章是认知卫星导航系统, 主要讨论全球导航卫星系统兼容
带来的优势与挑战, 以及认知技术对全球导航卫星系统兼容带来的机遇。 为了方便读者的
学习和讨论, 本书的后附录为全球导航卫星系统兼容的应用程序源代码。
本书相关研究成果得到了国家自然科学基金重大研究计划 (6 8 1 1 3 4 0 9)、 国家自然科
学基金面上项目 (6 1 5 6 3 0 0 4), 以及国家自然科学青年基金 (6 1 2 0 3 2 2 6) 的资助。
由于作者水平有限, 书中难免会出现错误和不妥之处, 敬请读者不吝指正。
作 者
2 0 1 8年8月于北京

本书内容为作者近年来在卫星导航兼容性领域的研究成果，深入地分析了全球卫星导航系统兼容性的基本原理、理论模型和算法，并附带了作者用于信号数据分析的程序源代码，是将理论研究和工程应用相融合的研究性专著，希望本书的出版对我国卫星导航系统兼容性设计，以及与其他GNSS系统的兼容性协调起到积极作用。

谢军，俄罗斯齐奥尔科夫斯基宇航科学院院士，研究员。长期从事北斗卫星导航系统、卫星有效载荷技术研究，是我国导航卫星技术领军人物、空间电子信息专家，担任北斗系统卫星总设计师、北斗全球系统工程副总设计师。获国家科技进步特等奖1项，军队和国防科技进步一等奖3项、三等奖2项，授权发明专利11件，主编工程手册4本。

本书内容为作者近年来在卫星导航兼容性领域的研究成果，深入地分析了全球卫星导航系统兼容性的基本原理、理论模型和算法，并附带了作者用于信号数据分析的程序源代码，是将理论研究和工程应用相融合的研究性专著，希望本书的出版对我国卫星导航系统兼容性设计，以及与其他GNSS系统的兼容性协调起到积极作用。

谢军，俄罗斯齐奥尔科夫斯基宇航科学院院士，研究员。长期从事北斗卫星导航系统、卫星有效载荷技术研究，是我国导航卫星技术领军人物、空间电子信息专家，担任北斗系统卫星总设计师、北斗全球系统工程副总设计师。获国家科技进步特等奖1项，军队和国防科技进步一等奖3项、三等奖2项，授权发明专利11件，主编工程手册4本。

序 一
当前, 我国北斗卫星导航系统按照 “先区域, 后全球, 先有源, 后无源” 的发展思
路, 已经完成 “北斗二号” 系统的建设任务, “北斗三号” 系统计划2 0 2 0年前完成系统建
设, 在全球范围内提供性能优异、 业务优良, 以及与其他系统相互兼容的导航服务。 美国
正在全力推进 GP S的现代化升级, 欧洲已全面启动伽利略卫星导航系统 (GAL I LEO),
俄罗斯确定了 GLONAS S优先发展计划, 以全面恢复 GLONAS S的开发与应用, 其他国
家和地区也在计划建立自己的区域卫星导航系统, 日本正在建设 “准天顶卫星系统”, 印
度正在研发独立的 “印度区域卫星导航系统”。
随着多个卫星导航系统的建成, 全球范围内同一地点已经实现了多卫星导航系统的信
号同时覆盖, 多系统联合导航定位的优越性也越来越突出。 但多系统的存在和组合必须考
虑系统间信号的兼容性问题。 某一 GNS S系统建设或升级时, 需要确保不对所有现有系统
和信号造成干扰, 实现相互的兼容性, 也希望与现有系统一起实现互操作, 从而为用户提
供更便利、 更及时、 更准确的导航定位服务。 GNS S 兼容性在卫星导航领域受到极大的关
注, 各个系统为了保持自己的导航系统独立性, 不受到其他系统的干扰, 都需要在系统上
进行兼容性设计与分析, 确定兼容性评估方法, 发现并解决兼容性设计的问题。
为了在卫星导航领域占有一席之地, 在协商中取得更多的频率资源和话语权, 我国开
展了导航信号体制设计方案、 信号精度、 抗干扰能力、 兼容性和互操作性方面的研究和仿
真分析工作, 针对卫星导航信号频谱资源有限性, 需要面对更多的系统性问题, 加强系统
设计的约束条件分析, 从而实现与已有系统的兼容性。
本书内容为作者近年来在卫星导航兼容性领域的研究成果, 深入地分析了全球卫星导
航系统兼容性的基本原理、 理论模型和算法, 并附带了作者用于信号数据分析的程序源代
码, 是将理论研究和工程应用相融合的研究性专著, 希望本书的出版对我国卫星导航系统
兼容性设计, 以及与其他 GNS S系统的兼容性协调起到积极作用。 作者在从事卫星导航系
统的研发过程中, 紧密结合工程建设与理论研究成果, 在卫星导航技术与方法上进行创新
与总结, 希望在将来的工作中, 取得更多的成绩与收获。
序 一
·Ⅱ· 全球导航卫星系统兼容原理及其仿真
·Ⅲ·
序 二
卫星导航系统在军事以及民用方面有着广泛的应用, 自从卫星导航进入中国市场, 美
国的 GP S卫星导航系统就占据了我国市场的绝大份额, 中国出于对国家安全以及市场需
要等方面考虑, 建成了北斗卫星导航系统, 目前, 共发射了4 1颗卫星, 完成北斗一号系
统、 北斗二号系统的建设, 北斗三号系统正稳步推进, 北斗系统已成为 GNS S系统大家庭
的成员之一, 北斗特色将进一步发扬光大。
目前, 北斗三号全球卫星导航系统进入快速部署阶段, 北斗三号通过增量发展进一步
开展激光星间链路、 全球短报文等新业务, 整体效能有望超越 GP S系统, 那么, 随之而
来的问题是北斗卫星导航系统的未来发展之路在哪里? 我想, 兼容是北斗融入 GNS S系统
的条件, 也是任何无线电系统设计的要素, 是维护系统性能的重要工作, 是进入
国际谈判、 增强国际形象及取得更多话语权的条件。
本书立足现在, 通过对卫星导航系统兼容性的基本技术进行分析, 由浅入深, 系统总
结卫星导航系统兼容领域的新成果、 新技术和新趋势, 根据卫星导航兼容性理论, 提出兼
容性分析模型, 给出了仿真分析结果。 在本书后面还附带了作者用于信号数据分析的程序
源代码, 内容较为全面, 适用面较广。 在我国亟需培养大量卫星导航专业人才的今天, 本
书的出版是非常及时和有益的。