欧洲伽利略卫星导航系统和定位技术

塑业塑竺鲞娄■信息（也叫导航信号），另一个信号使用相同的波形承载１∞ｂｉｔ／ｓ的定位信息。

Ｇａｌｉｌｅｏ物理层信号采用每秒合２０４６个码片的二进制调频机制，而２０４６ＭＨｚ的调频信号与一个同样是２０４６ＭＨｚ的伪随机码（８１８４★２５）进行调制，每ｌ∞毫秒重复一次。

目前Ｇａｌｉｌｅｏ信号所采用的调制方式仍处于改进中团。

图５多径干扰及码相位错误关系图采用ＧａｌｉＩｅｏ信号进行定位，接收器的带宽为８ＭＨｚ时，定位的最大错误小于２０米，并且市区环境中存在的大量典型反射信号不会影响定位处理过程的精度，只有当多径延迟超过８０ｍ时对定位精度有一些影响，如图３中的“ＧａＩｉＩｅｏ，ｄｅｌｆ：１２２ｎｓ”曲线所示。

所以，Ｇａｌｌｌｅｏ大幅改善了定位服务的准确性和可用性。

１．２Ｇａ…ｅｏ信号误比特率性能的改进图１ＧＰｓ与ＧａＩｉＩｅｏ空间信号调制方法比较Ｇａｌｉｌｅｏ卫星定位信号被设计成可以让ＵＥ得知该信号是图２显示了在相同的接收条件下，Ｇａｌｉｌｅｏ信号比ＧＰＳ信否是相关卫星的导航数据，这样当定位信号发生错误时就可号有更高的准确性。

其中横坐标为信号的信噪比，纵坐标为以避免通过公共陆地移动网络（ＰＬＭＮ）发送应答信号。

事实错误相位码的均方根【ＲＭＳ）。

另外，Ｇａｌｉｌｅｏ信号的长度为上每一个Ｇａｌｉｌｅ。

定位信号都包含一个“卫星导航帧（ＳＮＦ）”ｌ∞ｍｓ，如果用户终端《ＵＥ）可以在１００ｍｓ的时间内与网络绝对的字段，该字段在每次传输时发生改变，改变主要集中在卫时间达到同步，ＵＥ就没有必要对定位数据信息进行解码以消星传输的定位数据部分。

由于Ｇａｌｉｌｅｏ信号的定义及数据的编除时间偏移。

码特陛，其误比特率（ＢＥＲ）要比ＧＰＳ信号的ＢＥＲ低得多，从而使得Ｇａｌｉｌｅｏ系统在独立进行定位的模式下具有更好的系统表现。

图２ＧＰｓ和ＧａＩｉｌｅｏ信号性能比较１．１Ｇａ川ｅｏ信号抗多径干扰的性能改进多径干扰主要由于大气的反射、折射和衍射等现象引起，影响卫星信号的传输并干扰ＵＥ的定位测量，可能导致一个卫星信号的完全丢失，或引起定位的严重错误。

这些不良影响在高密度的市区环境中是非常致命的，多径反射会影响ＵＥ的定位测量，造成定位错误和定位延时。

图３显示了在一种典型的结构中，多径干扰对卫星区域性测量所造成的影响，此时载波功率与多径干扰功率的比为６ｄＢ。

为了提高定位精度，可以对ＧＰＳ信号进行改进，采用窄带相关技术，这意味着需要使用更宽的接收器带宽（８ＭＨｚ），使多径干扰在振幅上大幅减小，但仍会影响定位的准确性，如图３中的“ＧＰＳ，ＮａｒｒｏｗＣｏｒｒｅｌａｆｏｒ，ｄｅｌｆ＝１２２ｎｓ”曲线所示。

Ｌ．竺竺！！。

：！：：：：：！Ｐ霹零］—＿■—■■＿＿ＬＬＬ＿－ＬＬＬ妊兰：型±二二二＝＿二二二二二二：二．±兰兰岩』Ｌ图４Ｇａｍｅｏ定位数据信息在物理层得处理过程图４是获取Ｇａｌｉｌｅｏ定位数据的过程，具体步骤为：（１）在１９２个有效数据信息前增加一个预先定义的８符号长度的同步码元，使得每秒有２００个符号；（２）对１９２个有效数据符号进行交织处理，交织深度为８，长度为２４；（３）对交织后的数据信息进行维特比解码，由初始的１９２个符号码元译码为９６ｂｉｌ的数据信息，其中包含３ｂｉｆ的ＳＮＦ、７５ｂｉｆ的定位数据信息、１２ｂｉｃ的ＣＲＣ校验信息、６ｂｉｆ的Ｆｌｕｓｈ信息。

■塑堕型型业燮图５所示为不同信噪比时ＧＰＳ和Ｇａｌｉｌｅｏ信号的ＢＥＲ，Ｇａｌｉｌｅｏ空间信号的抗衰落特性明显优于ＧＰＳ空间信号。

图５ＧＰｓ／ＧａｍｅｏＢＥＲ性能比较２伽利略卫星导航系统定位性能目前，第３代移动通信系统中的定位技术大致可分为３类：基于网络的定位技术、基于移动台的定位技术和混合的定位技术。

基于网络的定位技术主要依靠网络自身固有的定位能力（如移动台所在小区的Ｃｅｌｌ—ＩＤ、对上行链路信号衰减程度的测量、ＡＯＡ、ＴｃＯＡ等｝对移动台进行定位。

主要方法有：基于Ｃｅｌｌ—ＩＤ和时间提前量ＴＡ（ＴｉｍｉｎｑＡｄｖａｎｃｅ）的方法、上行链路信号到达时间测量（ＴＯＡＪ、上行链路信号到达时间差测量（ＴＤＯＡｌ以及上行链路信号到达角度测量（ＡＯＡ）。

基于移动台的定位方法要求移动台参与定位参数的测量和移动台位置的求解计算，需要对现有移动台内部的软硬件进行修改和升级。

一种方案是在移动台内部集成ＧＰＳ接收机，利用成熟的ＧＰＳ技术实现对移动台的定位。

但若在手机内部集成ＧＰＳ接收机会带来诸如手机体积增大、能耗过大、成本高及ＧＰＳ接收机首次定位时间过长等问题。

故如何充分利用无线网络的定位能力，经济、有效地实现对移动台的定位成为备种定位技术所面临的主要的问题。

已提出的基于移动台的方法主要存下行链路观测到达时间差（ＯＴＤＯＡＪ方法、蓝牙技术、基于ＧＰＳ的定位技术如差分ＧＰＳ（ＤＣ括）Ｓ）、辅助的ＧＰＳ（Ａ—ＧＰＳＪ等。

由于每种定位技术都有其优点和缺陷，因而将若干种技术综合以取长补短成为一种良好的选择。

辅助的ＧＰＳ定位技术，原理如图６所示，无线通信网络侧不停的监听ＧＰＳ卫星的信号，以获得对定位有帮助的辅助信息。

当手机需要定位时，无线通信网络将监听到的定位辅助信息（ＧＰＳ捕获辅助信息、ＧＰＳ定位辅助信息等）和位置计算辅助信息（ＧＰＳ历书及修正数据、ＧＰＳ星历等）传给手机，手机决速完成对ＧＰＳ卫星的捕获，接收相关的ＧＰＳ位置信息。

若手机采用的是基于网络的Ａ—ＧＰＳ解决方案，则将测得的ＧＰＳ位置信息传输给网络，然后由网络完成最终的经纬度位置计算。

着手机采用基于终端的解决方案，则在测得ＧＰＳ位置信息后自己计算出最终的经纬度位置信息。

采用Ａ—ＧＰＳ方法能大大减少ＧＰＳ算法的初始定位时间，提高了手机定位的灵敏度。

目前，在Ｇａｌｊｌｅｏ定位技术的基础上，又产生了ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｑａｔｉｏｎＳａｆｅｌｌｉｆｅＳｙｓｆｅｍ）技术。

ＧＮＳＳ泛指全球导航卫星系统，包括利用ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ和ＧＡＬＩＬＥ０全球卫星定位系统中的一个或多个系统进行导航定位，提供卫星的完备性检验信息（ＩｎｔｅｇｒｉｔｙｃｈｅＣｋｉｎｇ｝和足够的导航安全｜生告警信息，本文泛指联合Ｇａｌｉｌｅｏ与ＧＰＳ的定位系统。

图６Ａ—ＧＰＳ定位原理如果采用Ａ—Ｇａｌｉｌｅｏ或Ａ—ＧＮＳＳ定位技术，其原理与Ａ—ＧＰＳ相同，只是定位信号由ＧＰＳ变为Ｇａｌｉｌｅｏ或ＧＮＳＳ。

典型的定位仿真结果，包括仅在Ｇａｌｉｌｅｏ系统下的定位性能以及ＧａＩｉｌｅｏ与ＧＰＳ联合使用（称为ＧＮＳＳ定位技术）的定位性能｜３ｌ。

仿真结果基于如下仿真假设：采用Ｓ分钟一次的采样率及２４小时的测量时间；仿真中所有的ＵＥ均为常量，并与海拔高度无关；无论电离层错误是多少，均取平均值，不考虑瞬时变化；没有多径干扰的影响。

２．１辅助ＧＰｓ系统（Ａ—ＧＰｓ）的定位性能对于Ａ—ＧＰＳ来说，假设屏蔽角为５。

，图７中深色区域显示的是在水平（垂直）方向上、９ｓ％以上定位误差大于ｌＯｍ（１７ｍ）的地区。

图７Ａ—ＧＰｓ系统定位性能２．２辅助ＧａⅢ∞系统（Ａ—ＧａＩｌＩｅｏ）的定位性能Ｇａｌｉｌｅｏ卫星系统包含２７颗工作卫星，轨道参数如下：半长轴为２９９９３７０７千米，轨道倾角为５６。

，偏心率为Ｏ。

由于燮一墨竺鐾娄■Ｇａｌｉｌｅｏ卫星的轨道倾角和高度都大于ＧＰＳ卫星，所以Ｇａｌｉｌｅｏ对高纬度地区有比较好的覆盖。

和ＧＰＳ比较，Ｇａｌｉｌｅｏ系统的用户接收机在误差方面有明显改善：虽然Ｇａｌｉｌｅｏ系统的电离层误差仍然存在，但比ＧＰＳ的电离层误差要小得多。

因为Ｇａｌｉｌｅｏ系统采用了一种更经常的更新参数的改进模式；Ｇａｌｉｌｅｏ卫星的轨道及时钟误差要比ＧＰＳ卫星小，这是由于长期的估测以及平均９０分钟的更新率；ＧａＩｉＩｅｏ接收器的噪声低于ＧＰＳ。

另外Ｇａｌｉｌｅｏ信号更易于获取和跟踪。

假设屏蔽角为５０，图８中深色区域显示的是在水平（垂直）方向上、９ｓ％以上定位误差大于４ｍ（７ｍ）的地区。

结果显示，在相同的条件下，Ｇａｌｉｌｅｏ系统的定位准确性是ＧＰＳ系统的丽倍。

图８Ｇａｍｅｏ系统定位性能２．３Ａ—ＧＮｓｓ定位性能一个同时接收ＧＰＳ与Ｇａｌｉｌｅｏ空间信号的用户设备可以获得更好的服务表现，这是因为２７颗Ｇａｌｉｌｅｏ卫星与２４颗ＧＰＳ卫星为接收器提供了更多的可见卫星；ＧＰＳ接收器的噪声会下降；Ｇａｌｉｌｅｏ信号的电离层修正可以代替ＧＰＳ信号的电离层修正。

另外，两个卫星群同时使用增强了系统的可靠性并减少错误的发生。

假设屏蔽角为５０，图９中深色区域显示的是在水平（垂直）方向上、９Ｓ％以上定位误差大于２６ｍ（４６ｍ）的地区。

从仿真结果可以看出，同时使用Ａ—ＧＰＳ和Ａ乇ａｌｉｌｅｏ系统，定位服务的准确性和可用性都有大幅提高。

图９＾一ＧＮｓｓ系统性能３结论在一些恶劣的环境下（可用卫星数量大幅下降），如市区或室内，单独使用Ｇａｌｉｌｅｏ系统或将其与ＧＰＳ系统联合使用都会对目前的无线通信系统提供的定位服务的准确性和可靠性有大幅提高。

本论文重点描述了Ｇａｌｉｌｅｏ系统与ＧＰＳ的异同点，比较了其性能，并提出了ＧＮＳＳ的概念，给出了其性能增益。

Ｇａｌｉｌｅｏ系统加入现有的ＵＭＴＳ标准中将进一步提高ＵＭＴＳ网络的定位性能。

参考文献ｌ王解先．全球导航卫星系统ＧＰｓ／ＧＮＳＳ的回顾与展望．工程勘察，２００６年，（３）：５５～６０一２３ＧＰＰＴＲ２３．８３５Ｖ１．Ｏ．０（２００３一０６）．３ｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒ啪ｅｒｓｂｉｐＰｒｏｊｅｃｔ．１ｋｈｎｊｃａｌＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＧｒｏｕｐｓｅｒｖｉｃｅＳａｎｄＳｙＳｔ锄ＡｓｐｅｃｔｓＬｏｃａｔｉｏｎｓｅｒ、ｒｉｃｅｓ（ＬＣＳ）；ｓｔｕｄｙｍｔｏＡｐｐｌｉｃａｂｍｔｙ０ｆＧＡＬＩＬＥＯｉｎＬＣＳ．Ｒｅｌｅａｓｅ６３温庭礼，沈晶歆，董斌等．第三代移动通信系统ＷＣＤＭＡ无线定位技术及其应用．广东通信技术，２００４，ｌｌ作者简介：彭木根，博士，北京邮电大学电信工程学院教师，主要从事第三代移动通信系统ｗｃＤＭ＾和ＴＤ—ｓｃＤＭ＾的无线资源管理算法、移动通信系统网络规划优化、通信系统电磁兼容技术研究。

曾参与国家８６５、自然科学基金项目、以及国际著名设备制造商和运营商的多个横向科研项目。

目前重点研究宽带无线通信系统关键技术，包括ＴＤ—ｓｃＤＭ＾的演进、无线城域网关键技术、Ｍｅ８ｈ分布式路由和调度算法，以及异构组网技术等。

已在国内外著名会议和核心期刊上发表论文５０多篇，编辑和翻译移动通信专著５本；王文博，北京邮电大学教授，博士生导师，电信工程学院院长，北京通信学会理事，青年工作委员会副主任，北京邮电大学学报鳊委委员，北京邮电大学学术委员会常委委员。

现主要从事移动通信无线传输理论和技术研究，无线通信网络理论研究，宽带无线接入互联网络研究，以及数字信号处理与软件无线电理论研究等。