GNSS四大卫星导航系统导航电文构成

GNSS简介

• GPS：美国全球卫星导航定位系统，是当下最流行也最为成熟的卫星导航系统，采用码分多址（CDMA）技术
• BDS：中国北斗卫星导航系统，为中国自主研发的卫星导航系统，旨在实现全球范围内独立自主的定位服务
• GLONASS：俄罗斯全球卫星导航系统，与GPS不同，采用频分多址（FDMA）方式区分卫星
• GALILEO：欧盟联合研发和创建的全球卫星导航系统，如今正在积极部署之中

GNSS信号频点

四大系统信号频点分布如下表所示，本文重点讨论各系统开放服务频段的导航电文生成：

导航电文模拟生成软件的实用价值

    在卫星导航信号中，导航电文携带着最为关键的参数信息，便于接收机进行时间获取与定位计算。在卫星导航信号模拟器的研究中，按用户设定场景产生指定时刻的导航电文是最大的难点。本团队基于与北京某高校的合作项目开展相关研究，最终设计并实现了GNSS四大系统的导航电文模拟生成软件与GNSS四大系统的软件接收机，旨在为卫星导航信号模拟器的开发设计提供相应的解决方案。

导航电文构成介绍

    导航电文即为卫星信号中播发的0，1比特流，各个系统的接口控制文件（ICD）文件中都有相应的构成描述，这里以GPS为例对其进行简要介绍。

    GPS导航电文的基本单位是长1500bit的一个主帧（如下图所示），传输速率是50bit/s,30秒钟传送完毕一个主帧。一个主帧包括5个子帧，第1、2、3子帧每30秒钟重复一次，内容每2个小时更新一次。第4、5子帧的全部信息则需要750秒钟才能够传送完。即第4、5子帧是12.5分钟播完一次，然后再重复之，其内容仅在卫星注入新的导航数据后才得以更新。

 

    子帧1,2,3包含卫星星历信息，时钟修正信息以及AODO信息，该部分内容模拟相对简单，主要涉及卫星星座的合理布局，但部分默认填充位有一定讲究，涉及到的主要参数信息可参见下图。

    子帧4,5的播放周期为12.5min，传达的信息较为冗杂，是电文模拟过程中的重点和难点。接收机端对电文4、5两帧的合法性检查不仅只包含历书字段，还包括UTC信息，电离层模型信息、NMCT信息、SV-Config、反欺骗（A-S）信息、保留位、特殊信息（SP）等多个必要构成字段。不同数据段在4,5两帧中分布于不同的Page之中，详细情况如下图所示：

    其中历书信息用于可见星判断，由每颗卫星循环播发，涉及的参数信息如下图所示。

    UTC参数与电离层参数信息如下图所示，分布于Subframe 4 Page 18中，填入的参数需保证真实有效，以供接收机获取。

ION参数

UTC参数

    另外，NMCT、SP、A-S以及历年字段的参数信息这里就不一一贴图了，都可参照ICD文件中的说明。这里需要特别指出的一点是当某颗卫星无有效历书参数时，对该颗星的历书填充过程中需更改SV_ID为0，将其信息字段填入交替的1,0比特流，用以提示接收机略过该颗星的历书接收。

    以子帧5历书页与子帧4的NMCT页为例，展示导航电文的比特分配情况，详情如下所示：

Subframe 5，Page 1-24

Subframe 4，Page 13

    按ICD文件要求填入指定时刻下模拟生成的电文数据后，需对原始二进制数据流进行汉明编码，生成可用于信号生成的导航电文。编码的作用主要用于接收机端检验校错，编码方程如下图所示，每24bit数据产生6bit冗余校验码。

    至此，已基本介绍完成GPS导航电文的大致构成与涉及的必要参数。其他三个系统导航电文构成规则与GPS较为相似，差异仅在于比例因子、数据位宽、布局策略以及编码方式这四个方面，各个系统都有对应的ICD文件对导航电文进行详细说明。

    下一篇博文将对本团队研发的任意时刻GNSS导航电文生成软件进行相应介绍，欢迎关注！