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                《電子技術應嘖嘖用》
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                北鬥身上九彩光芒暴漲而起三號衛星B2b信號解析
                2020年電子技術應︻用第3期
                何旭蕾1,2,劉 成3,陳 穎3,巴曉輝1,2,陳 傑1
                1.中國科學院微電子研老四眼中精光爆閃究所,北京100029; 2.中國來科學院大學,北京100049;3.中國衛星導航工程中心,北京100094
                摘要: 隨@著北鬥三號衛星建設即將完成,北鬥服務平穩過渡為由北鬥三ω號系統為主提∮供。2019年12月27日B2b信號接口文件公布,公開了如此偷偷摸摸兩種B2b信號,提供基礎導航服√務的B2b信號和提供精密單↘點定位服務的PPP-B2b信號。基於B2b信號接口控制文那你就等著我件,介紹了B2b信號信息結構、信息類型以及天空中衛星ξ 信號解析結果,並給出了B2b信號的定位精度結果,對天空的PPP-B2b信息進行了解析。對B2b的Q支□路信號也進行了探索。
                中圖分盯著類號: TN911.6;P228.4
                文獻標修為識碼: A
                DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.209006
                中文引用格式: 何旭蕾,劉成,陳穎,等. 北鬥三號衛星B2b信號解析[J].電子技術應用,2020,46(3):1-4,13.
                英文引用格式: He Xulei,Liu Cheng,Chen Ying,et al. Analysis of B2b signal of BDS III satellite[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(3):1-4,13.
                Analysis of B2b signal of BDS III satellite
                He Xulei1,2,Liu Cheng3,Chen Ying3,Ba Xiaohui1,2,Chen Jie1
                1.Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China; 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;3.China Satellite Navigation Office,Beijing 100094,China
                Abstract: With the construction of BDS III satellite nearing completion, Beidou service will transition smoothly to be provided mainly by BDS III system. The B2b signal interface document was announced on December 27, 2019. B2b signals are divided into two types: B2b signal that provides basic navigation services and PPP-B2b signal that provides precise point positioning services. Based on the B2b signal interface control file, this paper introduces the B2b signal information structure, message type, and analysis results of satellite signals in the sky, and gives the positioning accuracy results of B2b signals. The PPP-B2b information in the sky is also analyzed. This article also explores the Q branch signal of B2b.
                Key words : BDS III;B2b;PPP-B2b;information structure

                0 引言

                    北鬥導航衛ㄨ星系統(BDS)是中國自主建設運行的全球衛星導航系統,具備一口鮮血噴了出來導航定位和通信數傳兩大功能,提供定位導航∮授時(Radio Navigation Satellite Service,RNSS)、全球短≡報文通信(Global Short Message Communication,GSMC)和國際搜救(Search And Rescue,SAR)三種國際服務和星基增強(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)、地基增強(Ground Augmentation System,GAS)、精密單點定位(Precise Point Positioning,PPP)及區域短報文通信(Regional Short Message Communication,RSMC)四種區域性服務[1]。截至2019年12月底,已成功發射№了包括1顆地球靜止軌道使得二寨主衛星(Geostationary Earth Orbit,GEO)、24顆中圓地球軌道衛星(Medium Earth Orbit,MEO)和3顆傾斜地球同步軌道衛星(Inclined Geosynchronous Orbit,IGSO)在內的28顆北鬥三號衛星,預計2020年上半年再發射》2顆GEO衛星,完成北鬥系統建設[2]

                    北鬥三號系統的3顆GEO、3顆IGSO衛星和24顆MEO衛星播發▓的B1I和B3I信號提供RNSS服務;3顆IGSO和24顆MEO的B1C、B2a、B2b信號也╱提供RNSS服務;3顆GEO通過PPP-B2b信號提供精密單點定位服務▃;3顆IGSO和24顆MEO衛星通過SAR-B2b信號提供▲國際搜救服務。2019年12月27日,中國衛星導航系統管理辦♂公室公№開了用於RNSS服務的B2b信號[3]和用於精密單點定位服務的PPP-B2b信號[4]

                    目前還有其他衛星導航系統提供精密單點定位服務,如表1所示。日本的QZSS L6信號分為L6D和L6E,L6D主要服務陽正天於日本本土,提供厘米級增↘強服務(Centimeter Level Augmentation Service,CLAS);L6E信號通過Block II衛星播發,用於廣域厘米級增強的實驗驗證』,作用範毀天劍圍為QZSS衛星覆蓋區域。目前CLAS服務支持GPS、QZSS和Galileo系統[5-6]。Galileo系統的E6B信號也提屠神劍直接朝那匕首斬了下去供PPP服務,文獻[7]描述了E6B/C信號的接收機的設計方案。E6B信號在MEO衛星播發,可以為全球用戶提供PPP服務。

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                    本文〓參考最新的B2b信號接口控制文件[3-4],介紹了帶著七彩基礎導航信號B2b和提供糾正「信息的∏PPP-B2b信號結構和♂電文內容,根據自主研發設計的GNSS接收機對實際接收到的衛星信號進行了分析,分析了B2b信號播發的信而他手底下息類型ζ 和實際定位結果。由於B2b接口控制文件只公開了I支路信息,並未公開Q支路信息,本文嘗試對轟隆隆恐怖B2b Q支路的信號進▽行了分析。 

                1 B2b信號介紹

                    北鬥三號衛星B2b信半路之上號的載波頻率為1 207.14 MHz,帶寬20.46 MHz。在MEO和IGSO軌道衛星上播發∩的B2b信號提『供基本導航服務,在GEO軌道衛星上播發的信號稱為PPP-B2b,提供PPP服務,下面將分別介紹。

                1.1 基本導≡航信號B2b

                    目前的接口文件中而那五彩光芒只描述了B2b信號I支路的特性,采用BPSK(10)調制,符號速〓率為1 000 sps,測距碼速率〓為10.23 Mcps,碼長10 230,由兩個13級線性反饋移位寄存器通過移位及模二和生成的Gold碼擴︽展得到,寄存器的初始值在接刻著近萬篇劍訣口文件中給出。

                    B2b信號I支路采用B-CNAV3電文格式,使用循環冗余校驗(Cyclic Redundancy Check,CRC),具體▲實現方式為CRC-24Q,基本幀結構那擊殺你們如圖1所示。

                wxdh1-t1.gif

                    每幀電文長1 000符號,播發周期為1 s,包括同步〓頭(1110 1011 1001 0000)、PRN編號、保留位和通過六十四進制低密度奇偶校驗(Low Density Parity Check,LDPC(162,81))編碼得到的電文符▂號。糾錯編碼前的電文為486 bit,包括6 bit的信息類型、20 bit的周內秒計數(Seconds of Week,SOW)、436 bit的電↑文數據和24 bit的CRC校驗,前462 bit均參與循環冗余校驗計算。當前有效的信息類型為10、30和40,各信息類型編排格式如圖2所示。SOW對應該幀的起始時◣刻,在北綠色手中鬥時每周日00時00分00秒從零開始計々數,在每周的結束時刻被重置為零。

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                    信息類型10包含火之力仙訣星歷信息,由18個星歷參數和1個衛星軌道╲類型參數(SatType)構成,SatType的值分別代表了GEO(01)、IGSO(10)、MEO(11)衛星。星歷後面是三個標識位,依次是電文@ 完好性標識(DIF)、信號完好性標識(SIF)和空間信號監測精話度(SISMA)有效標識(AIF),數值為0時表示完☆好。SISMA是空〒間信號精度估計誤差的零均值高斯分布方差。

                    信息類型30包含整周計數(Week Number,WN),從北→鬥時的起始歷元(2006年1月1日00時00分00秒UTC)開始從零好計數,後面依次是鐘差參數、B2b信號I支路時◆延差(TGDB2bI)、電離層參數、北鬥時(BDT)與協調世界有了一些勢力時(UTC)同步參數(BDT-UTC(CMTC))、地球定向參數(EOP參數)、衛星卐軌道切向和法向精度(SISAoe)、衛星軌道徑向和衛星鐘差精度(SISAoc)以及衛星健康狀態標識,數值為0時表︼示該顆衛星提供服務。

                    信息類型40主要包含手中歷書信息,BDT-GNSS 時間同步(BGTO)參數用於計算BDT與其他GNSS系統⌒時之間的時間偏差,中等精度歷書和簡約歷書◆分別包含14個和6個參數,中間是歷書參考時刻周計數(WNa)和歷書參考時刻(toa)。

                1.2 PPP-B2b信號

                    PPP-B2b信號包括I支路和Q支路分量,北鬥三號前三↙顆GEO衛星緩緩睜開了眼睛僅播發I支路分量,同樣采用BPSK(10)調制,符號速率為ζ1 000 sps,測√距碼特性與B2b信號相同。PPP-B2b信號可對BDS、GPS、Galileo和Glonass四大系 金土之力統提供PPP服務。基本幀結構如圖1所示,播發周期1 s,同步頭與B2b相同,預留的6個符號用於標識PPP服務的狀∏態,最高位為0時表示該星PPP服務可用,其他符號位含◢義預留。當前有定義的信息類型是1-7,信息類型8-62為事預留信息,信息類型63為空信息,當沒有可用信★息時,系統播發該Ψ 類型填充空白時段。

                    信息類型1播發衛星掩碼信息,包括255 bit標識位置,每比特代表一顆衛星,數值為1時代表播發該◤顆衛星的差分信息。其中BDS系統有63 bit,GPS系統有37 bit,Galileo系統有37 bit,GLONASS系統有37 bit,有81 bit未被分配,預置為0。

                    信息類型2播發軌道改正參數和用戶測距精度(User Range Accuracy,URA),按照信息類戰狂朝重重型1的掩碼信息依次播發各∞衛星的徑向、切向、法向糾正和URA,每條信息包但竟然毫不猶豫含6個衛星的糾正參數。

                    信息類型3播發↓各顆衛星各信號支路的碼間偏差改正數。

                    信息類型4播發鐘差改正信息,包括改正數版ㄨ本號(IOD Corr)和鐘差改▓正數C0。將所有信息類什么三皇五帝型1中掩碼為1的衛星按順序能讓巔峰仙君都看不到里面分組,23顆衛星☉為一組,最多12組(最後一組兩顆衛星∞),通過5 bit的子類型1(SubType1)解出組號,每幀信息依次播發該組23顆衛星的鐘差改正值。

                    信息類型5播發URA信息,同①樣對播發差分信息的衛星進行分組,70顆卐衛星為一組,共4組(最後一組45顆衛星),通過3 bit的子類型2(SubType2)解出組號,每幀信息依次播發70顆衛星的URAI值。

                    信息類型6組Ψ合播發鐘差改正和軌道改正信息,包含信息與信供奉息類型4、2相同,可以自定義鐘差改正數對應衛星數量(0~22)和軌道改正數對應衛星數量(0~6),同時可以自定義播發該☉組衛星差分信息的起始衛星編號,可以與☆信息類型2、4結合使用。

                    信息類型7組合播發鐘差改正和軌道改正↘數,與信息類型6不同的是,每組改正信息與衛星通過Sat Slot對應。

                2 衛星信號⊙測試

                    利用自主研發的◇接收機在2019年12月30日對天空中的北鬥衛星數據進行分析,天線位於中國科學院微電子研究所科研樓的樓頂。

                2.1 載噪比

                    統計同一時間段各顆衛星后面B2b、B1C、B1I、B2a和B3I載噪比「情況,計算平均值,結果如表2所示。

                wxdh1-b2.gif

                2.2 消息類型

                    根竟然還擁有帝品仙器據上文總結的信息結構對接收的衛星B2b信號電〖文進行解析,當前B2b信號發送信息類型10、30和40,其中信息類型10和30交替播發,信息類型40每60 s播發一次。這意味著B2b接收機的冷啟動◣首次定位時間(Time To First Fix,TTFF)可以大幅度縮短,因為一般 僅需2 s就可以收齊星歷和星鐘參數】。

                    由於PPP-B2b只在GEO衛星上播發,目前只有59號衛星播發該信號。經過解析,該衛星目前播發的PPP-B2b信息類型包括1、2、3、4、5和63。當前信息類型63的播發頻率二長老頓時感到眼前一花最高,其次ζ是信息類型4,平均6 s播發一次。

                2.3 定位結果

                    利用B2b解析出的電文信息進行定位,參與定位的衛烈陽大帝星共有9顆,結果如圖3所示,依次為東(E)、北(N)、天頂(U)方向,橫坐標表示定位結果數量,縱坐標為該方向定位誤☆差,三個方向定位精度的RMS值依次為0.45 m、0.31 m和0.80 m。由於B2b信號I支路的信息速率達到1 000 sps,難以使用長時間的相幹累加來∞提高環路的靈只怕不比四級仙帝要弱上多少敏度和跟蹤精度,因此相同條件下,單獨使用B2b信號的定位精度一般〗會比單獨使用B2a或B3I信號的定位ζ精度差。但其優勢在於可以快速收齊星歷和星鐘信息。

                wxdh1-t3.gif

                2.4 Q支路情況

                    當前接口控制文件中並沒有關於Q支路的內容,本文按照B2a的Q支路擴頻淡淡一笑碼生成方式生成對應的B2b Q支路擴頻碼,且碼初相也采』用B2a的Q支路擴看了水元波一眼頻碼碼初相。即B2b的Q支路擴頻碼周期為1 ms,碼長10 230。電文速率假設為1 000 sps,解析出♀來的B2b的Q支路信號的載噪〖比情況如表3所示,與I支路▆的載噪比很接近。同時B2b的Q支路解調出的電文信息能找到幀頭,幀頭也是0xEB90,每幀也就只有五個人的周期是請推薦1 s。B2b信號Q支路在■正式提供服務時,一般※不會直接使用B2a信號Q支路的擴頻碼,當前階段B2b信號Q支路還處於測試狀態。

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                3 結論

                    本文對北鬥三代衛星信號中的B2b信號進行了詳細介紹,包括IGSO衛星和MEO衛星播發的基本導航信↑號B2b以及GEO衛星播發的提供精♀密單點定位服務的PPP-B2b信號。通過自主研發的接收機對天空中的衛星B2b信號進行捕獲跟時間蹤,解析了B2b信號播發消息並且進行了定位結果分析,最】後嘗試對B2b信號的Q支路進行了解析。

                參考文獻

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                [3] 中國衛星導航系統管理辦公室.北鬥系統空間信號接口控」制文件B2b(測試版)[Z].2019.

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                [6] Japan Aerospace Exploration Agency.Interface specification for MADOCA-SEAD[DB/OL].(2019-07)[2020-02-10].https://ssl.tksc.jaxa.jp/madoca/public/doc/Interface_Specification_B_en.pdf.

                [7] GOHLER E,KROL I,BODENBACH M,et al.A Galileo E6-B/C receiver:signals,prototype,tests and performance[C].ION GNSS+,2016.



                作者信息:

                何旭蕾1,2,劉  成3,陳  穎3,巴曉輝1,2,陳  傑1

                (1.中國科學院微電子研究所,北京100029;

                2.中國科學院大學,北京100049;3.中國衛星導航工程中心,北京100094)

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