许琴: 中国北斗二号悄末声地就整出个大动作吓人一跳

2009年5月6日星期三

中国北斗二号悄末声地就整出个大动作吓人一跳

中国的北斗2系统已经发射了几颗卫星，作为从事卫星导航定位的专业人员，我一直在关注国内外的反应。这两天从Inside GNSS杂志看到两篇关于北斗2的文章，于是介绍到这里来给众军迷们透透气。

首先值得注意的是最近一期Inside GNSS杂志的封面，很明显可以看出这一期对中国北斗系统的关注。五星红旗作背景，上书四个大字：Breaking the Waves, Compass. 其中Compass就是中国北斗的对外译名。翻译成"北斗，波澜再起"，不知是否恰当？另外昨天俺才注意到Inside GPS杂志的付标都变成了"GPS|GALILEO|GLONASS|COMPASS", 以前一直是GPS|GALILEO|GLONASS，看来北斗终于进入编辑们的法眼了。

咱中国人做事向来低调，悄末声地就整出个大动作吓人一跳，就像前年初的导弹打卫星。在北斗这件事上也是如此，按说那么多卫星都已经上去了，这ICD （Interface Control Document)文档应该公开了吧。虽然北斗信号格式里肯定有军用保密信号，但一定也有民用信号，否则商用导航定位市场这一块大蛋糕可就没了。就像美国 GPS一样，其ICD文档就对C/A码信号格式有详细地描述。可是北斗的公开官方文档一直没有。

这个月的Inside GNSS 就有两篇学术文章，一篇是Stanford大学的研究人员发表的，一篇是欧洲Septentrio公司的研究人员发表的，分别如下，

GNSS over China The Compass MEO Satellite Codes Grace Xingxin Gao, Alan Chen, Sherman Lo, David De Lorenzo, and Per Enge
（Per Enge可是GPS领域的大牛，得过开普勒奖的说。）

More Compass Points
Tracking China's MEO Satellite on a Hardware Receiver
Wim De Wilde, Frank Boon, J-M Sleewaegen, and Frank Wilms

斯坦福的那篇文章作者中有两个华裔研究人员，其中Grace Gao还是个清华美女，没准就在这里，所以俺说话可要小心了。

斯坦福的那篇文章主要工作是截获了中国卫星信号中的伪随机码，并给出了码结构和基本的生成多项式。学过CDMA的河友都知道伪随机码在扩频通信中的重要性。扩频信号的捕获和跟踪必须以伪随机码的产生为前提。以前在学校念书时候，教授讲解扩频通信的时候曾提到国外有种仪器，接收到发送的CDMA信号，就能在5 -6秒内给出该信号的伪随机码的生成多项式。

当时感觉很是神奇，但一直不知其所以然，这次这篇文章正好需要解决这个问题，所以就留心仔细拜读。

基本思想还是比较巧妙，大致思路是利用接受到的信号和自身作相关，这和常规的相关的区别是：接收到的信号包含信号和噪声，而本机产生的伪码信号则没有噪声。所以这个方法只有在接收到的信号载噪比（CN0）足够大的时候才能观察到明显的相关峰。仔细看他们的接收装置也证明了这一点，天线是一个口径1.8米的大锅天线，闲聊一句，鲁皮现在用的接收机用的天线是13mmX13mm的贴片天线。光这个"巨型"天线就能提供2到3个数量级的增益（20-30分贝）。

找到相关峰以后，根据正相关峰还是负相关峰就能得到调制的数据比特的符号。把这个正负号去掉后就得到连续波信号，至此在对多个周期的信号作累加平均，把信号增强，同时削弱噪声，就得到010101的伪随机码，知道了伪随机码的周期，码子，就能得到其生成多项式。基本思想就是这样，当然中间还有许多细节问题需要考虑，比如载波多普勒平移的消除。但西西河不是学术讨论的地方就不多赘述了。

Septentrio的文章就更进一步了，他们已经利用他们的一台软件GNSS接收机实现了对北斗信号的跟踪（tracking），北斗的导航电文已经被解调下来。这意味着只要有多于4颗星的信号，并且知道导航电文的数据定义，就可以用来实现定位了。根据他们的结果，北斗的信号强度在E2 (1561.1MHz)比目前GPS信号强度要高差不多 7dB。7个dB呀，这是个多么诱人的指标，要知道鲁皮现在每天苦苦挣扎的也就是为了2个dB。如果能给GPS信号增强7个dB，俺的life就easy 了很多F。

其实最早对北斗信号进行研究的是CNES（Centre National d ÉtudesSpatiales ， the French Space Agency)的研究人员。中国的卫星13号上天，他们在10天以后，也就是23号就采集了北斗的信号并进行分析，基本上分析了一溜儿够。不能不佩服国外同行的行业敏感性。

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