李衛(wèi)軍，歸黨瑩

（1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510663；2.中國(guó)地圖出版社，北京 100054）

L2C碼與L2載波數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

李衛(wèi)軍1，歸黨瑩2

（1.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510663；2.中國(guó)地圖出版社，北京 100054）

基于IGS的L2C信號(hào)跟蹤站數(shù)據(jù)驗(yàn)證了具有L2C碼的衛(wèi)星的L2載波的信噪比高于沒(méi)有L2C碼的衛(wèi)星的L2載波的信噪比，L2載波恢復(fù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量更好。針對(duì)不同的接收機(jī)，對(duì)比分析了C/A碼和L2C碼多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲水平，發(fā)現(xiàn)對(duì)TRIMBLENETRS接收機(jī)，L2C碼誤差水平明顯高于C/A碼，與期望結(jié)果相反。

GPS現(xiàn)代化；L2C碼；信噪比；多路徑效應(yīng)

GPS現(xiàn)代化的一個(gè)主要措施是在L2頻道上增加第二民用碼，即L2C碼，其應(yīng)用意義主要有：①保證高精度用戶可以直接獲取L2信號(hào)而不是微弱的半波長(zhǎng)跟蹤技術(shù)，信號(hào)強(qiáng)度將得到大大提高[1]；②L2載波上調(diào)制L2C碼可以更好地消除電離層延遲誤差，具有更強(qiáng)的信噪比以及更低的多路徑效應(yīng)影響[2]。目前，能發(fā)送L2C碼信號(hào)的衛(wèi)星達(dá)到6顆，IGS也組織成立了L2C信號(hào)跟蹤站網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)已有國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了L2C碼方面的研究工作[3-5]。本文基于IGS的L2C信號(hào)跟蹤站數(shù)據(jù)，對(duì)L2C碼及L2載波數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了分析。

1 L2C碼觀測(cè)數(shù)據(jù)采集

從2005年9月26日，第一顆現(xiàn)代化的Block IIRM衛(wèi)星 (PRN 17)發(fā)射上天到現(xiàn)在，能發(fā)送L2C碼信號(hào)的衛(wèi)星達(dá)到6顆，分別是7號(hào)、12號(hào)、15號(hào)、17號(hào)、29號(hào)和 31號(hào)。GPS接收機(jī)生產(chǎn)商，比如 Trimble、NovAtel、Septentrio、Leica以及Topcon等隨之研發(fā)生產(chǎn)了不同型號(hào)可跟蹤 L2C信號(hào)的接收機(jī)。同時(shí)，IGS也組織成立了L2C信號(hào)跟蹤站網(wǎng)絡(luò)。表1列出了部分主要跟蹤站的站名及所用接收機(jī)型號(hào)[6]。

表1 L2C信號(hào)部分主要跟蹤站的站名及接收機(jī)類型

2 比 (SNR)試驗(yàn)分析

傳統(tǒng)L2載波只調(diào)制了結(jié)構(gòu)未公開的Y碼，不能采用碼相關(guān)法來(lái)恢復(fù) L2載波，而采用平方法，得到 L2載波的信噪比較差。L2C碼主要優(yōu)勢(shì)是保證高精度用戶可以直接獲取 L2信號(hào)而不是微弱的半波長(zhǎng)跟蹤技術(shù)，信號(hào)強(qiáng)度將得到大大提高。

以2008年隨機(jī)選取的三天數(shù)據(jù)對(duì)比分析，很容易驗(yàn)證上述結(jié)論。以UNAC站2008年8月15日的觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，圖1和圖2分別為所有衛(wèi)星 L1和 L2載波SNR值。很顯然，各衛(wèi)星L1載波SNR值整體優(yōu)于L2載波，而圖2中現(xiàn)代化衛(wèi)星的L2載波信號(hào)強(qiáng)度(SV7、12、15、17、29、31)則高于其他衛(wèi)星的 L2載波信號(hào)強(qiáng)度。

圖1 UNAC站各衛(wèi)星L1載波的SNR值

圖2 UNAC站各衛(wèi)星L2載波 的SNR值

L1載波的SNR值變化范圍為25.25～55.25dB-Hz，如表2所示，其中約97%在35 dB-Hz以上。一般衛(wèi)星的L2載波SNR值最高為52 dB-Hz，最低只有14 dBHz，而且僅一半觀測(cè)值達(dá)到35dB-Hz水平?，F(xiàn)代化衛(wèi)星L2載波的SNR值變化范圍為28.5～56dB-Hz，其各項(xiàng)水平還略高于L1載波。

表2 所有衛(wèi)星的L1、L2載波SNR值統(tǒng)計(jì)表

3 L2C碼多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲誤差分析

3.1 理論方法

電離層延遲、多路徑效應(yīng)、接收機(jī)噪聲是影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的主要因素，其中多路徑效應(yīng)是最為復(fù)雜的。由文獻(xiàn)[7]的理論推導(dǎo)，我們同樣可以通過(guò)L2C碼及L1、L2雙頻載波測(cè)量形成無(wú)幾何相關(guān)、無(wú)電離層影響的線性組合方式得到L2C碼的多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲誤差，公式如下：

3.2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

針對(duì)不同的接收機(jī)，本文選取ALIC、UNAC、UNB3三個(gè)站從2008年8月15日到21日的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。每個(gè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)24h，采樣率30s。3個(gè)站點(diǎn)不同接收機(jī)的觀測(cè)值類型均為：L1、L2、C1、C2、P2、S1和S2，其中C2即為L(zhǎng)2C碼觀測(cè)值。由表1可知，ALIC、UNAC、UNB3三個(gè)站的接收機(jī)類型分別為 LEICA GRX1200GG、TRIMBLENETRS和TRIMBLENETR5。

選取4號(hào)、14號(hào)以及現(xiàn)代化7號(hào)、17號(hào)衛(wèi)星，分析其C/A碼、P2碼或L2C碼的觀測(cè)噪聲及多路徑效應(yīng)水平，如圖3所示。各衛(wèi)星C/A碼、P2碼或L2C碼的觀測(cè)噪聲及多路徑效應(yīng)水平的標(biāo)準(zhǔn)差列于表3。

圖3 4號(hào)和7號(hào)衛(wèi)星的C/A碼、P2碼或L2C碼觀測(cè)噪聲及多路徑效應(yīng)水平

表3 各衛(wèi)星C/A碼、P2碼或L2C碼的觀測(cè)噪聲及多路徑效應(yīng)水平的標(biāo)準(zhǔn)差

由表3可以看出，7號(hào)和17號(hào)衛(wèi)星的C/A碼觀測(cè)噪聲及多路徑誤差水平略小于4號(hào)和14號(hào)衛(wèi)星，通過(guò)比較衛(wèi)星高度角可以知道，這是因?yàn)榍罢咝l(wèi)星觀測(cè)高度角略高于后者衛(wèi)星。令人意外的是，7號(hào)和17號(hào)衛(wèi)星的L2C碼觀測(cè)噪聲及多路徑誤差水平遠(yuǎn)高于C/A碼，與期望中的兩者水平基本差不多的結(jié)果相反。Liliána Sükeová等人 (2007)對(duì)Trimble R7接收機(jī)也指出了相似現(xiàn)象。出現(xiàn)這種結(jié)果的一種解釋是與接收機(jī)硬件捕獲L2C信號(hào)技術(shù)有關(guān)，為此，對(duì)3個(gè)測(cè)站上不同接收機(jī)分析7號(hào)、17號(hào)和29號(hào)衛(wèi)星的C/A碼和L2C碼的觀測(cè)噪聲及多路徑效應(yīng)水平，其標(biāo)準(zhǔn)差總結(jié)列于表4。由表4可知，對(duì)LEICAGRX1200GG和TRIMBLENETR5接收機(jī)，C/A碼和L2C碼觀測(cè)噪聲及多路徑誤差的標(biāo)準(zhǔn)差大致相同，表明兩者觀測(cè)噪聲和多路徑影響水平基本一樣，符合期望結(jié)果。而TRIMBLE NETRS接收機(jī)由于在捕獲L2C信號(hào)時(shí)未采用TRIMBLE接收機(jī)的多路徑緩解算法 Everest，另外也存在一些殘留的捕獲問(wèn)題增加了L2C信號(hào)的觀測(cè)噪聲[8]，從而產(chǎn)生上述結(jié)果。

表4 不同接收機(jī)捕獲C/A碼和L2C碼的觀測(cè)噪聲及多路徑效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)IGS的L2C信號(hào)跟蹤站數(shù)據(jù)的試驗(yàn)與分析，可以得到以下結(jié)論：

1）具有L2C碼的衛(wèi)星的L2載波的信噪比高于沒(méi)有L2C碼的衛(wèi)星的L2載波的信噪比，L2載波恢復(fù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量更好。

2）針對(duì)不同的接收機(jī)，對(duì)比分析了C/A碼和L2C碼多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲水平發(fā)現(xiàn)：對(duì) LEICA GRX1200GG和TRIMBLE NETR5接收機(jī)，C/A碼和L2C碼觀測(cè)噪聲和多路徑影響水平基本一樣，符合期望結(jié)果；而TRIMBLE NETRS接收機(jī)由于在捕獲L2C信號(hào)時(shí)未采用TRIMBLE接收機(jī)的多路徑緩解算法Everest，另外也存在一些殘留的捕獲問(wèn)題增加了L2C信號(hào)的觀測(cè)噪聲，使得L2C碼多路徑效應(yīng)及觀測(cè)噪聲水平明顯高于C/A碼。

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[8] B Mallen．Personal Communication[M].Trimble Canada Ltd, Toronto,Ontario,Canada,2007

L2C Signaland L2Carrier DataQuality Analysis

by LIWeijun

Based on the IGS tracking station data,the signal-to-noise ratio(SNR)of L2 carrier phase resumed by L2C codewas improved obviously,almost close to the SNRof L1 carrier.Fordifferentreceivers,thispaper followedw ith astudy on themultipath and noise levelsof C/A and L2C code pseudorange,pointing out for TRIMBLE NETRS receiver,multipath and noise levelsof L2C codewassignificantly higher than C/A code,contrary to expectations.

GPSmodernization，L2C code，SNR，multipath effect （Page:75）

P228.41

B

1672-4623(2011)02-0075-03

2010-01-19

李衛(wèi)軍，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)镚PS數(shù)據(jù)處理與GPS技術(shù)應(yīng)用。