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2024年6月1日发(作者:)

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GPS+GLONASS+GALILEO三翟跟踮丝术 

徐卫东 

(拓普康(中国)技术中心.北京100176) 

摘要:GPS、GLONASS、GALILEO将是未来用于导航定位的三大卫星星座,以拓普康公司 

的G3芯片为例,探讨了GPs+GL0NASs+GALlLE0三星跟踪技术的有关问题。 

美键词:GPS;GLONASS GALILEO;G3;三星跟踪技术 

中图分类:666.11 文献标识码:A 文章编号:1008—9268(2006 J01—0016—03 

1 引 言 

GPS系统是大家所熟悉的,其现代化的进程 

如表1[ ]: 

GPS是目前全球使用最为广泛的导航定位卫 

裹I GPS现代化的进程 

星星座,美国公布的GPS现代化新政策将会加强 

内容 时 间 

GPS在世界卫星导航定位领域的霸主地位;与此 

终止GPS11/11A卫星的SA技术 2000年5月 

同时,俄罗斯的GL0NASS导航定位卫星星座也 

在不断发射新的卫星,完善其星座,并开始GLO— 

码I

G・I 一 L1  码和LM E 2一ME码 ‘L2一c 2……oo3年至2… 。o06年  

NAsS卫星的现代化,目的主要是在军事上避免受 

给GPS IIF卫星增设:・L2一C码,・ 

制于美国,并在民用上和GPS竞争,赢得其应有的 

L1一ME码和L2一ME码;・L5导航2005年至2010年 

市场;出于要避免完全受制于美国的同样目的,欧 

定位信号 

盟耍建立一个完全民用的GALILEO导航定位卫 

给GPsⅢ卫星增设:・ C码;・具 

星星座,该系统将于2008年建成。 

有强功率的M-ME码和L2-ME码,・ 2010年开始 

L5导航定位信号I-特殊功能 

可以预期的是,2008年以后,可用于卫星导航 

定位的卫星星座将会有:GPS(24颗卫星)、GLO— 

改善地面监控系统 2000年至2008年 

NASS(24颗卫星)、GALILEO(30颗卫星)三大星 

2.2 GLONASS 

座。到那时天上总共有78颗导航卫星,人们做导 

GLONASS系统和GPS系统一样,也是一个 

航定位和测量将会是一个全新的境界。 

军用系统,由前苏联布设,现在由俄罗斯接管。 

能否有一种接收机可以同时接收GPS、GLO— 

GLONASS系统的现代化的进程如表21 ][ ]: 

NASS、GALILEO三大星座所有卫星的所有信号 

表2 GLONASS现代化的进程 

呢?拓普康公司开发的G3芯片实现了GPS+ 

内容 时 间 

GLONASS十GALILEO三星跟踪技术,可以同时 

年雹 oNA M 

增设:・L2-C码 

卫星・寿命为 2003年开始 

跟踪三大星座所有卫星的所有信号。本文将探讨 

… 

GPS+GLONASS+GALILEO三星跟踪技术的有 

发射GLONASS-K卫星.寿命为1O 

关问题,为了对GPS、GLONASS、GALILEO三大 

~12年,增设I・L2一C码;・第三 2005年开始 

民用频率 

星座及其现代化有进一步的认识,下面先对该三大 

星座做一介绍和对比。 

发射新型的GLONAS KM卫星。 

增设 -L2一c码I・第三民用频率I 2011年开始 

2 GPS、GLONASS、GALILEO三大 

增强的系统整体功能 

星座的对比 

目前,俄罗斯还在不停地补充GLONASS卫 

2.1 GPS 

星的个数,GLONASS卫星的发射计划如表3E ]: 

收稿日期:2005—1I-22 

GNSSWorld ofChl ̄a/2006.1 

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衰3 GLONASS卫星的发射计划 

公共特许服务(PRS—Public Regulated Service),该 

(计划达到在轨卫星数) 

系统将提供三种共10个导航定位信号,这三种信 

年份2005 2OO6 2007 2008 2009 2010 2011 2012 

号为:免费信号、收费加密信号、满足更高要求的收 

卫星数15 ̄18 17 ̄20 20 ̄24 23 ̄25 24 ̄25 24 ̄25 24 ̄25 24 ̄25 

费加密信号,供各种不同的用户使用。 

Z.3 GALILE0 

GALILEO系统计划分四个阶段(见表4)逐步 

与GPS和GLONASS系统不同,GALILEO 

实施: 

系统完全是一个非军方控制和管理的民用导航定 

表4 GALILEO系统实施的进程 

位系统。GALILEO系统目前还在设计中,虽然该 

系统卫星信号的频率已知了,但其完整的信号结构 

还没有定义完毕。 

GALILEO系统计划提供[3]四种导航定位服 

务功能和一种搜寻救援服务(SAR-Seareh and 

Rescue Service)功能,以满足绝大多数民用用户的 

需求 这四种导航定位服务为:公开服务(OS- 

2.4 GPS、GLONASS、GALILEO三大星座的对比 

Open Service)、商业服务(CS-Commercial Serv- 

GPS、GLONASS、GALILEO三大星座的对比 

ice)、生命安全服务(SoL—Safety of Life Service)、 

表见表5 Is][‘]; 

衰5 GPS、GLONASS,GALILEO三大星座的对比衰 

3 G3:GPS+GLONASS+GALI— 

3.1 G3芯片介绍 

LEO三星跟踪技术 

拓普康公司的G3芯片采用“通用信号接收” 

技术(Universal Signal Tracking),具有72个通用 

不难想象,在不远的将来,可以同时接收到 

信道,可以同时接收到GPS、GLONASS、GALILE— 

GPS、GL0NASS、GALILEO三大星座所有卫星所 

O三大星座所有卫星的所有信号:GPS信号,包括 

有信号的GNSS接收机将会给导航定位,特别是测 

L1、L2、L5的载波,C/A和L2C的码,L1和L2的 

量带来革命性的突破。拓普康公司于2005年1O 

P码;GLONASS信号,包括L1和L2的载波,L1 

月推出了G3芯片及其主板,在世界上第一个实现 

和L2的C/A码,L1和L2的P码;GALILEO信 

了同时接收GPS、GLONASS、GALILEO三大星 

号,包括L1、E1、E2、E5和E6信号。G3芯片的主 

座所有卫星所有信号的目的。 

要技术参数见表6[53: 

2006.z/全球定位系统 

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裹6拓蕾康G3芯片的主要技术参数 

标准通道 72通用通道 

跟踪信号 

GPS 

U、L2、L5载波,CA;L1 P、I2 P;21C 

GLONASS 

U、12载波;Ll CA、12 CA RL1 P、21 P 

GAUU 

F2-L1-El,K5、E6 

平面:3ram+0.5ppm 

静态测量精度 

高程:5arm+0.5ppm 

RTK精度 

平面:lOmm+lppm 

高程:15ram+1ppm 

sBAS(W^越;/BGNOs) 

有 

采样率 

2OHz 

处理 

0.13um 

PPS/Event个散 

u 3 

PPS/Event时间 

5ns 

频率 

50 ̄250MHz 

尺寸 

12minx12ram 

功率 

<O.5W 

3.2 GPS+GLONASS+GALILEO三星跟踪技术 

讨论 

要实现同时跟踪G.PS、GLONASS、GAuLEO 

三大星座所有卫星的所有信号,对接收机的制造技 

术提出了很高的要求,必须解决好以下几个技术难 

题: 

3.2.1信号接收问题 

由于GPS、GLONASS、GALILEO三大星座 

卫星信号的发射频率各不相同,给接收电路的设计 

带来了难度。对于G3芯片而言,其72个通用通 

道中的任何一个通道都可以接收三大星座中任何 

个星座的卫星信号,这表明G3芯片已经解决了 

不同频率的信号相互干扰问题。有资料表明,通过 

对GALILEO和GPS(包括现代化后的情况)频 

率、信号帧和功率电平等一系列的研究分析, 

GALILE0和GPS两星座相互干扰导致信噪比最 

大的下降值为0.1dB,平均状况下约为该值的几分 

之一[ 。 

3.2.2统一归算问题 

由于GPS、GLONASS、GALILEO三大星座 

的坐标系统和时间系统各不相同,要想制造出一个 

能够同时接收到GPS、GLONAss、GALILEO三 

大星座卫星信号,并计算出一个统一的正确坐标的 

接收机,就一定要解决三大星座之间坐标系统和时 

间系统的归一化和相互转换,并且这种归一化和相 

互转换的计算速度还要尽可能快。对于G3芯片 

而言,由于拓普康公司早就拥有GPS+GL0NASS 

双星接收机的成熟技术,所以在G3芯片中解决了 

, 

GPS、GLONASS、GALILEO三大星座之间坐标系 

统和时间系统的统一归算问题。 

3.2.3 用户成本问题 

众所周知,GPS+GLONASS+GALII EO三 

星接收机的性能肯定要优于某一个星座的单星接 

收机或某两个星座的双星接收机,但三星接收机更 

复杂,研制的投入也更大。如此会不会加大用户的 

购买成本呢?比如说现在,GALILEO卫星信号还 

没有发射,作为用户当然不愿意现在花钱买未来才 

能用上的功能,这也是一个必须从技术上解决的问 

题。 

G3芯片的解决办法是,硬件具备了接收GPS 

+GLONASS+GALILEO三星系统的全部功能, 

但用户是否开通某项功能取决于OAF(Option 

Authorization File)选项和Firmware升级。换句 

话说,当GPS的L5频率有了,用户才去支付增加 

GPS L5选项的OAF费用;当GALILEO卫星信 

号有了,用户再去支付增加GALILEO卫星信号 

选项的OAF费用 所以,用户前期购买G3芯片 

(G3主板/G3接收机)的费用和普通的GPS芯片 

(GPS主板/GPS接收机)是相当的,从而解决了这 

用户成本问题。 

4结论 

GPS+GLONASS+GALILEO三星技术由于 

其自身的优势,必将会是GNSS技术发展的主要 

方向之一。虽然拓普康公司率先开发出了G3芯 

片,但三星接收技术还在发展之中。特别是由于 

GALILEO系统还要等到2008年才能完备,其完 

整的信号结构到目前还没有定义完毕,因此,三星 

接收技术的研究还刚刚起步,可以预期在不远的将 

来,三星接收技术还将会有重大的突破。 

参考文献 

[1] 刘基余.GPS新政策GPS现代化GPS发展趋向 

[J].全球定位系统。2005年增刊,4~8 

[2]James P.Reilly.All the Birds in the sky[J].Point 

of Beginning.September 2004・24~28 

[3]Michael Hoppe.Evaluation of Existing and Emerging 

Positioning Technologies Part 3 Satellite Based Posi— 

tioning Systems[EB/OL].http://www.WSV.de/ 

fvt/funknavi/positioning_technologys/3—.0—.0..0.html 

[43 K.Kasturirangan.Precise Positioning:Science& 

Applications[EB/()I。].http://www.ias.ae.in/ 

(下转第26页) 

GNSS World of China/2006.1 

维普资讯

) 

而确保通讯的正常进行。目前GPS常用校验和进 

return(crc); 

行校验,而随着新一代GPS实时传输的要求,循环 

) 

冗余校验(CRC校验)也将被越来越多为硬件商所 

例如求八个字节0x00,OxO0,OxO0,OxO0, 

采用。本文通过这两种校验原理的分析,给出了具 

0x06,OxOd,0xd2,0xe3(16进制)的CRC校验 体的实现方法,并通过算例验证了计算的正确性, 

码,字符指针ptr指向此串,len是指针ptr的长度, 

从而为GPS数据的通讯提供可靠保证。 

此时为8,求得的CRC校验码是0xdbc0。 

4结论 

参考文献 

[1] 王新梅,肖国镇+纠错码原理与方法[M].西安:西安 

数据校验是为避免数据通讯过程中的误码传 

电子科技大学出版社,2001 

输,以保证用户获得数据的可靠性。同时,对于 

[2]李寿强.2003.循环冗余校验crc的算法分析及其实 

GPS接收机而言,其接收的用户指令字符串同样 

现方法[J],成都电子机械高等专科学校学报.2003 

要进行校验以判断用户指令的正确性,如通不过校 

(4):7—11 

验,接收机将不响应用户指令。所以在实际GPS 

[3]王祖林.循环冗余校验码的查表生成算法及其实现 

[J].北京航空航天大学学报.1996.22(4)l 389— 

数据传输通讯中,无论是GPS接收机还是定位用 

39】. 

户都需要通过校验码来保证获取数据的正确性,从 

Principle and Realization of the Data Checking in GPS Communication 

CHEN Hua-yun ,LIU Chun。 

(1.ZhuJi institute of Surveying and Design,Zhuji Zhejiang 311800; 

2.Dept.of Surveying and Geoln如rmatics・Tongji University,Shanghai 200092) 

Abstrict:During the procedure of data communication with GPS,the receiving port shall conducts 

the error checking tO all of the received data.The received the checksum codes shall be compared with 

the calculated checksum code.the data will be accepted if the two codes are consistent.and the instruct 

will be executed,or denied.Some error checking method commonly used in GPS data communication are 

analyzed in this paper such as sum check and Cyclic Redundancy Check,detailed calculation realization is 

also given in C language. 

Keywords:GPS;sum check;cyclic redundancy check 

作者简介:陈华云,男,浙江诸暨人,工程师,浙江大学获本科学位。 

(上接第18页) 

[6]卫星导航兼容机的需求[EB/OL].http://www.chi— 

meetings/annmeet/69am_talks/krangan/img0.html 

natopcom.com/zxyk--1.asp?news—id=164 

[5]Topcon Positioning Systems,INC.K.Paradigm G3 

作者简介:徐卫东(1962一),男,副教授,主要 

Chip Technology[EB/OL].http://www.topcon— 

从事GPS应用的研究。 

gps.com/G3/G3..Chip_broch.pdf 

26 

GNSS World of China/2006.1 


本文标签: 信号用户系统星座导航