АО «ПРИН» В чем различия между типами сигналов новых систем BeiDou/Galileo

В чем различия между типами сигналов новых систем BeiDou/Galileo

# События

Новости и обновления

07.06.2022

С начала двухтысячных годов появились, как минимум, две навигационные системы, за которыми начали следить и на которые начали обращать внимание. Речь о китайской Beidou и европейской Galileo. К моменту запуска этих систем в коммерческую эксплуатацию российской и американской системами уже пользовались потребители и на их основе создавалась спутниковая аппаратура.

Многие уже не удивляются, когда в характеристиках геодезического приемника или смартфона в графе поддерживаемых систем спутниковой навигации видят более двух систем, но у ряда пользователей могут возникать вопросы об их различиях и о том, как они устроены. При сравнении предложений на рынке пользователь обращает внимание на различия принимаемых сигналов со спутников оборудованием разных производителей.

Например, на отличие сигналов E5 от E5a и E5b, модуляции BOC от AltBOC, поколения спутников BeiDou BDS-2 и BDS-3.

О GPS и ГЛОНАСС информации достаточно много, а о системах Beidou и Galileo мы расскажем в этой статье.

Для начала несколько слов о самих системах.

Beidou

Систему начали разрабатывать в Китае с 80-х годов, и развертка происходила в несколько этапов (BDS-I, BDS-II, BDS-III).

Этап развертки BDS-I обеспечивал навигацию на территории Китая,

BDS-II на территории Азии и Тихого океана,

BDS-III уже предлагает свои услуги по всему миру.

Так же, как и другие системы, она состоит из космического, наземного и потребительского (пользовательского) сегментов.

Космический сегмент обеспечивается 8 геостационарными спутниками (GEO), 12 спутниками на наклонной геосинхронной орбите (ISGO) и 29 спутниками на средней круговой орбите (MEO).

Galileo

Galileo – европейская глобальная навигационная спутниковая система

Состоит из трех сегментов и, в настоящий момент, полностью развёрнутая Galileo составляет 24 действующих и до 6 запасных спутников, вращающихся по трём круговым орбитам. Каждая орбита имеет большую полуось в 29600 км и наклонена на 56° по отношению к плоскости экватора.

Каждый спутник, как известно, передает сигнал на Землю, и, для обеспечения точных измерений, сигналы содержат несколько компонент:

– амплитуда

– частота

– фаза

– поляризация

Если мы правильно контролируем изменения данных параметров, то можем использовать такие сигналы для передачи информации. В зависимости от типа передаваемой информации используют различные типы модуляции (амплитудная, частотная, фазовая), что также сопровождается необходимостью использования различных сигналов для независимой передачи тех или иных данных.

С каждого спутника ведется непрерывная передача данных на определенных несущих частотах. Для Beidou определили открытые сигналы B1, B2, B3 (и их разновидности), для Galileo E5 (E5a+E5b), E1, E6.

Чтобы добиться большей надежности и мощности передаваемого сигнала, ослабить влияние многолучевости и задержек в ионосфере, а также обеспечить совместимость с другими ГНСС, прибегают к использованию определенного частотного диапазона с комбинированием характеристик передаваемого сигнала. Это характерно для всех ГНСС.

В общем случае все используемые в Beidou сигналы изображены для наглядности на рисунке 1.

Основные отличия данных сигналов заключены в типе фазового смещения (I, Q), используемых частотных диапазонов и типе модуляции (BOC, ACE-BOC, QMBOC и т.п.), а также ширине сигнала.

Рассмотрим три сигнала китайской навигационной системы BeiDou: B1I, B3I и B2a, B2b.

Сигналы B1I и B3I имеют схожее описание. Главным отличием является частота несущей волны и полоса пропускания сигнала. Для B1I номинальная частота несущей равна 1561.098 МГц, а полоса пропускания – 4.092 МГц. У сигнала B3I – 1268.52 МГц и 20.46 МГц соответственно.

B1I и B3I состоят из несущей волны, модулированной дальномерным кодом и навигационным сообщением. Модулируются двоичной фазовой модуляцией MBOC (аналогично модуляции сигнала GPS L1C и Galileo E1). Это направлено на обеспечение совместимости системы Beidou c ГНСС Galileo и GPS.

Навигационные сообщения форматируются D1 и D2 в зависимости от структуры и скорости.

D1 содержит основную навигационную информацию: фундаментальная навигационная информация вещающих спутников, номер недели, секунды недели, индекс точности измерения дальности (URAI), флаг состояния спутников (SatH1), модельные значения ионосферной задержки, эфемериды спутников и их срок давности, альманах всех спутников, параметры поправок часов, дифференциальная задержка группы оборудования, отклонение времени BeiDou от других систем (UTC и других навигационных систем).

D2 содержит основную навигационную информацию, альманах, данные о смещении времени относительно других систем, целостности и дифференциальных поправках BDS и информацию о параметрах ионосферы.

Несущая частота сигнала B2a 1176.45 МГц, полоса пропускания – 20.46 МГц. B2b 1207.14 МГц, полоса пропускания – 20.46 МГц. Помимо модуляции BOC, в данном частотном диапазоне применяется модуляция AltBOC, чтобы обеспечить взаимодополняемость сигналов E5 со спутников Galileo.

Альтернативная модуляция BOC (AltBOC, альтернативная бинарная смещённая несущая) концептуально очень похожа на модуляцию BOC, но с важным отличием. Особенность AltBOC-сигналов заключается в том, что они позволяют передавать на одной несущей частоте два различных навигационных сообщения. В отличие от BOC AltBOC обеспечивает высокую спектральную изоляцию между двумя верхними основными частотами и двумя нижними основными частотами (рассматривая фазы I и Q отдельно). Это достигается за счет использования различных кодов для каждой главной частоты.

Любой сигнал BOC может быть коррелирован с копией BPSK, имеющей в качестве частоты чипа частоту поднесущей исходного сигнала BOC. В данном случае будет потеря мощности, но обработка верхней или нижней основной частоты не будет иметь никакого значения, поскольку оба сигнала модулированы одним и тем же кодом PRN. С другой стороны, если бы мы сделали то же самое с сигналом AltBOC, мы все равно смогли бы принимать каждую основную частоту отдельно, поскольку потребовались бы разные коды. Это достаточно интересный факт, поскольку AltBOC позволяет сохранить простую реализацию BOC, при возможности различать частоты.

В качестве преимуществ применения AltBOC взамен традиционной модуляции отмечают его низкую подверженность многолучевости и повышения производительности измерений псевдодальности этого сигнала.

Навигационное сообщение B-CNAV2 транслируется компонентой данных сигнала. Сообщение содержит данные о секундах недели, типе сообщения, псевдо-случайную последовательность, данные сообщения и контроль цикличности избыточным кодом. В настоящее время из 63 возможных типов сообщения доступны 8: типы 10, 11, 30, 31, 32, 33, 34 и 40. Среди параметров указанных типов сообщения, блоками данных, состоящих из набора параметров являются: эфемериды I и II, параметры поправки часов, индекс точности сигнала, параметры коррекции ионосферной модели, смещение шкал времени BDT-UTC, усечённый альманах, параметры ориентации Земли, параметры смещения временных шкал BDT-GNSS и миди-альманах.

Сигналы Galileo E5 (E5a+E5b), E6 и E1

Три независимых сигнала с кодовым разделением множественного доступа E5, E6 и E1 непрерывно транслируются спутниками Galileo. Сигнал E5 дополнительно разделён на два сигнала E5a и E5b (Рисунок 2)

Частотные диапазоны Galileo согласованы в спектре, выделенном для Радионавигационных Спутниковых Служб (RNSS), кроме того, диапазоны E5a, E5b и E1 включены в спектр Авиационной Навигационной Службы (ARNS), который используется пользователями гражданской авиации и позволяет использовать приложения, критически важные с точки зрения безопасности.

Таблица 1. Несущие частоты сигналов Galileo.

Таблица 2. Полосы пропускания приёмников центрированы на несущих частотах.

Особого внимания заслуживает широкополосный сигнал E5, который, как и сигнал Beidou B2, может генерироваться модуляцией AltBOC.

В то же время сигналы E5a и E5b могут обрабатываться приёмником пользователя независимо, как если бы они были двумя отдельными сигналами с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSC) с несущими частотами 1176.45 МГц и 1207.1 МГц соответственно. Какого-то особого выигрыша использование AltBOC не представляет для точности, поэтому наличие данного типа модуляции можно рассматривать как альтернативу BOC с некоторой потерей мощности сигнала и лучшими характеристиками.

По каналам Galileo передаются различные типы сообщений в соответствии с общим содержимым. Типы сообщений F/NAV соответствуют открытому сервису (ОС), а типы I/NAV соответствуют как ОС, так и коммерческому сервису (КС).

По каждой компоненте в полном навигационном сообщении передаётся такая информация, как идентификатор космического аппарата, поправки часов, точность сигнала, поправки за ионосферу, групповая задержка транслирования, состояние сигнала и статус достоверности данных, эфемериды спутников, системное время Galileo (GST), преобразование GST в UTC, преобразование GST в GPS-время, время недели, альманах спутников, опорное время альманаха.

Отличия между различными поколениями спутников BeiDou - BDS-III и BDS-II заключаются в том, что количество спутников третьего поколения системы BeiDou BDS-3 на орбите гораздо больше, что способствует получению устойчивого фиксированного решения в плохих условиях. При этом по мере выхода из строя спутников второго поколения будет происходить замещение спутниками нового поколения, тем самым полностью заменив прошлые поколения спутников. В связи с этим перспектива использования приёмников, поддерживающих новое поколение, будет носить долговременный и неизбежный характер.

Современные приемники PrinCe i-серии поддерживают приём и обработку сигналов со всех спутниковых систем, в том числе BeiDou-3 и Galileo. Технология iStar позволяет использовать все современные сигналы. При выборе оборудования PrinCe вы можете быть уверены в том, что спутниковые наблюдения будут выполняться эффективно.

Понравилась статья?
Оцените:

Всего оценок: 20