[科普] GLONASS现代化：新民用CDMA信号L1OC、L2OC与L3OC详解

原创于 2025-09-16 11:25:42 发布 · 1.2k 阅读

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#卫星导航 #GLONASS #L1OC #L2OC #L3OC #北斗

GLONASS现代化：新民用CDMA信号L1OC、L2OC与L3OC详解

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GLONASS现代化：新民用CDMA信号L1OC、L2OC与L3OC详解

引言

全球导航卫星系统（GLONASS）作为全球四大核心卫星导航系统之一，其传统的FDMA（频分多址）信号体制在与GPS、Galileo等CDMA（码分多址）系统的互操作上存在天然壁垒。为提升全球竞争力，俄罗斯开启了GLONASS的现代化进程，其核心举措之一便是引入新一代民用CDMA信号，包括L3OC、L2OC和L1OC。这些新信号显著提升了系统性能，并极大地改善了与其他GNSS系统的兼容性。本文将深入介绍这三种新信号的技术细节与特点。

信号概览

首先，需要明确GLONASS现代化CDMA信号的部署状态：

信号	中心频率 (MHz)	状态	特点
L3OC	1202.025	已播发 (自2011年起)	首个GLONASS CDMA信号，宽带宽，高精度
L2OC	1248.060	已播发 (部分卫星)	提供第二个高精度民用频点
L1OC	1600.995	计划中 (暂未全面播发)	采用先进BOC调制，用于L1频段兼容

重要提示：截至当前，L3OC信号已在实际运行中的GLONASS-K和GLONASS-M系列卫星上稳定播发。L2OC信号已在部分新一代卫星（如GLONASS-K2）上进行测试与播发，正处于逐步部署阶段。而L1OC信号虽已完成设计，但其全面播发计划有待后续卫星批次（如GLONASS-K2及后续型号）实现。下文将主要介绍已投入使用的L3OC和L2OC信号。

技术细节深入解析

1. GLONASS L3OC 信号

L3OC是GLONASS系统播发的第一个CDMA体制民用信号，是其现代化进程的里程碑。

载波频率： 1202.025 MHz
多址方式： CDMA
调制方式： BPSK(10)
- 采用二进制相移键控调制，码片速率为10.23 Mcps。这与GPS L5和Galileo E5a信号的码片速率完全相同，奠定了良好的互操作性基础。
信号结构： I/Q正交复用
- 该信号由一个数据通道 (L3OCd) 和一个导频通道 (L3OCp) 组成。
- 数据通道：承载经过前向纠错编码的导航电文，与伪随机噪声（PRN）测距码扩频后，调制于载波的同相（I） 分量。
- 导频通道： 无数据调制，仅调制了另一套PRN码，调制于载波的正交（Q） 分量。这种“纯净”的导频信号允许接收机进行长时间相干积分，极大提升了在弱信号环境（如城市峡谷、室内）下的捕获与跟踪灵敏度，并对高精度载波相位测量至关重要。
优势与应用：
- 带宽宽：约20.46 MHz的带宽提供了更高的潜在测距精度和更好的多路径抑制能力。
- 灵敏度高：独立的导频通道使其在弱信号接收方面表现优异。
- 互操作性好：与GPS L5/Galileo E5a共处同一中心频率，被共同称为“安全生命安全”频段，是航空导航等高精度、高完好性应用的重点频段。

2. GLONASS L2OC 信号

L2OC是GLONASS现代化部署的第二个高精度民用信号，与L3OC形成互补。

载波频率： 1248.060 MHz
多址方式： CDMA
调制方式： BPSK(10)
- 与L3OC保持一致，也采用10.23 Mcps的BPSK调制。
信号结构： I/Q正交复用
- 其信号结构设计与L3OC类似，同样采用数据通道和导频通道正交复用的方式，以确保优异的跟踪性能。
优势与应用：
- 双频优势：接收机可以同时利用L3OC和L2OC信号形成双频观测量，有效消除电离层延迟这一最大的误差源，从而显著提升定位精度，尤其适用于测绘、地震监测、科学研究等对精度要求极高的领域。
- 系统冗余：提供另一个高性能的民用频点，增强了系统的可靠性和冗余度。

3. GLONASS L1OC 信号 (计划中)

L1OC是设计用于拥挤的L1频段的现代化信号，旨在与现有信号更好地兼容共存。

载波频率： 1600.995 MHz
多址方式： CDMA
调制方式： BOC(1,1)
- 采用二进制偏移载波调制，副载波频率和码片速率均为1.023 MHz。这种调制将其能量从中心频点推向两侧，形成双瓣频谱。
信号结构： 时分复用 (TDM)
- 其数据通道和导频通道采用时分复用的方式交替传输，这与L3OC/L2OC的I/Q复用不同。
优势与应用：
- 频谱分离： BOC(1,1)调制使其频谱与GLONASS传统的FDMA信号以及GPS的L1 C/A码（BPSK调制）信号分离，减少了相互干扰。
- 优异的抗多径性能： BOC调制拥有更尖锐的相关峰，能提供更精确的码相位测量，从而有效抑制多路径误差。
- 未来互操作性：其设计理念与GPS L1C、Galileo E1 OS等现代化L1信号相似，为未来多系统深度融合接收奠定了基础。

电文结构

与FDMA导航电文以帧为导向、数据排列固定的设计不同，GLONASS CDMA导航电文采用了类似GPS CNAV导航电文（Steigenberger等，2015）的消息概念，在信息内容、粒度以及各参数更新速率方面具有更高的灵活性。2011年首颗K1卫星发射时，发布了L3OC信号各消息（称为“字符串”）的初步定义，共五条：轨道、钟差、精度及系统时数据（字符串1–3），以及历书、电离层和闰秒数据（字符串4–5）。该2011版L3OC信号定义最初应用于所有GLONASS-M+和-K1卫星，目前仍被第二颗K1卫星R802使用。2020至2023年间的某个未公开时间点，其余所有卫星已升级至2016年发布的新版CDMA接口控制文件（ICD），GLONASS现代化信号导航电文结构如下图所示：在这里插入图片描述

总结与展望

GLONASS通过引入L3OC、L2OC和L1OC这一系列新一代民用CDMA信号，完成了其信号体制从FDMA到CDMA的现代化转型。这一转型带来了多重收益：

性能提升：更宽的带宽、导频通道的引入以及先进的调制技术，带来了精度、灵敏度和抗多径能力的全面提升。
互操作性飞跃： CDMA体制消除了与GPS、Galileo、BDS等其他主流GNSS系统集成的根本性障碍，使多频点多系统（MFMS）GNSS接收机成为行业标准，为用户提供更稳定、更精确的全球定位服务。
应用拓展：这些高性能信号为高精度测绘、自动驾驶、航空导航（生命安全）、科学研究等高端应用提供了强大的基础设施支持。

随着搭载这些新信号的GLONASS-K2及后续卫星不断发射组网，GLONASS系统将在全球PNT（定位、导航、授时）领域扮演愈发重要的角色，为全球用户提供更加强大和可靠的导航服务。

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