BD 450028-2021 北斗偽衛(wèi)星信號接口規(guī)范

1、BD 450028-2021北斗偽衛(wèi)星信號接口規(guī)范Specification for BeiDou pseudolite signal 2021-05-25 發(fā)布2021-06-01 實施BD 450028-2021目 次 HYPERLINK l _bookmark0 前 言II HYPERLINK l _bookmark1 1 范圍1 HYPERLINK l _bookmark2 2 規(guī)范性引用文件1 HYPERLINK l _bookmark3 3 術(shù)語和定義、縮略語1 HYPERLINK l _bookmark4 3.1 術(shù)語和定義1 HYPERLINK l _bookmark5 3.2

2、 縮 略語2 HYPERLINK l _bookmark6 4 信號特性2 HYPERLINK l _bookmark7 4.1 信號結(jié)構(gòu)2 HYPERLINK l _bookmark8 4.2 載波頻率3 HYPERLINK l _bookmark9 4.3 調(diào)制方式3 HYPERLINK l _bookmark10 4.4 極化方式3 HYPERLINK l _bookmark11 4.5 用戶接收信號電平3 HYPERLINK l _bookmark12 4.6 信號復(fù)用方式3 HYPERLINK l _bookmark13 4.7 信號工作帶寬3 HYPERLINK l _bookma

3、rk14 4.8 相關(guān)損耗3 HYPERLINK l _bookmark15 4.9 載波相位噪聲3 HYPERLINK l _bookmark16 4.10 帶內(nèi)雜散3 HYPERLINK l _bookmark17 5 測距碼特性3 HYPERLINK l _bookmark18 5.1 偽衛(wèi)星 B1I 頻點測距碼3 HYPERLINK l _bookmark19 5.2 偽衛(wèi)星 L1 頻點測距碼4 HYPERLINK l _bookmark20 6 導(dǎo)航電文6 HYPERLINK l _bookmark21 6.1 偽衛(wèi)星 B1I 頻點導(dǎo)航電文6 HYPERLINK l _bookmar

4、k22 6.2 偽衛(wèi)星 L1 頻點導(dǎo)航電文8 IIIBD 450028-2021前 言本標(biāo)準(zhǔn)按照 BD 130002-2017 和BD 130003-2017 給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室提出。 本標(biāo)準(zhǔn)由全國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 544）歸口。 本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國電子科技集團公司第五十四研究所、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點實驗室、和芯星通科技（北京）有限公司、東南大學(xué)、香港理工大學(xué)。 本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：蔚保國、甘興利、張 衡、黃 璐、盛傳貞、范廣偉、祝瑞輝、李雅寧、李 爽、梁曉虎、程建強、翁多杰、吳紅甲、潘樹國。 1BD 450028-2021北

5、斗偽衛(wèi)星信號接口規(guī)范范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了北斗偽衛(wèi)星信號接口定義、空間信號特性、測距碼和導(dǎo)航電文等技術(shù)規(guī)范。本標(biāo)準(zhǔn)適用于北斗偽衛(wèi)星設(shè)備、用戶接收機和芯片的研制。 規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是標(biāo)注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。 GB/T 39267 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航術(shù)語 IS-GPS-200K Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces 術(shù)語和定義、縮略語術(shù)語和定義GB/T 39267界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 3.1.1北

6、斗偽衛(wèi)星 BeiDou Pseudolite北斗偽衛(wèi)星是一種播發(fā)與GNSS信號兼容的導(dǎo)航增強設(shè)備，通過播發(fā)B1I、L1兩個頻點導(dǎo)航定位信號，商品化GNSS接收機或芯片在不改變硬件模塊的條件下，只需升級軟件即可實現(xiàn)偽衛(wèi)星信號的接收和定位。 3.1.2北斗偽衛(wèi)星坐標(biāo)系統(tǒng) BeiDou Pseudolite Coordinate System北斗偽衛(wèi)星系統(tǒng)采用北斗坐標(biāo)系（BeiDou Coordinate System，簡稱BDCS），與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)體系一致。 3.1.3北斗偽衛(wèi)星時間系統(tǒng) BeiDou Pseudolite Time System北斗偽衛(wèi)星系統(tǒng)的時間基準(zhǔn)為B1I頻點信號采用

7、北斗時，L1頻點信號采用GPS時。 3.1.4脈沖調(diào)制的二進制相移鍵控 Qulse Modulation- Binary Phase Shift Keying脈沖調(diào)制的二進制相移鍵控（Qulse Modulation- Binary Phase Shift Keying，簡稱 PM-BPSK）， 即在 BPSK 調(diào)制基礎(chǔ)上，對擴展碼的每個碼片增加脈沖調(diào)制控制開關(guān)，控制每個脈沖占空比因數(shù)按所需從 1到 100生成周期的脈沖調(diào)制序列。2BD 450028-2021縮略語BDS：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System） BDT： 北 斗 時 （BeiD

8、ou Navigation Satellite System Time） BPSK： 二 進 制 相 移 鍵 控 （Binary Phase Shift Keying） CDMA：碼分多址（Code Division Multiple Access）ECEF：地心地固坐標(biāo)系（Earth-Centered Earth-Fixed） GPS ：全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System） MSB：最高有效位（Most Significant Bit）PRN：偽隨機噪聲碼（Pseudo Random Noise Code）PM-BPSK：脈沖調(diào)制的二進制相移鍵控（Qulse M

9、odulation- Binary Phase Shift Keying） QPSK：正交相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying）RHCP：右旋圓極化（Right-Handed Circularly Polarized） SOW：周內(nèi)秒計數(shù)（Seconds of Week）UTC：協(xié)調(diào)世界時（Universal Time Coordinated） WN：整周計數(shù)（Week Number）信號特性信號結(jié)構(gòu)偽衛(wèi)星信號均由“測距碼+導(dǎo)航電文”正交調(diào)制在載波上構(gòu)成。信號生成公式如下式1所示Sj(t) A C j (t)D j (t) cos(2 f j ) A C j (

10、t)D j (t) sin(2 f j ) （1）I IIIQ QQQ式中：S 調(diào)制后的偽衛(wèi)星信號； 上角標(biāo)j表示偽衛(wèi)星編號； AI I路信號幅值；AQ Q路信號幅值；CI I路信號測距碼； CQ Q路信號測距碼； DI I路信號電文； DQ Q路信號電文；f 信號載波頻率；I I路信號載波初相；Q Q路信號載波初相。3BD 450028-2021載波頻率北斗偽衛(wèi)星 B1I 頻點標(biāo)稱載波頻率為 1561.098MHz，L1 頻點標(biāo)稱載波頻率為 1575.42MHz。調(diào)制方式偽衛(wèi)星調(diào)制方式支持 BPSK 調(diào)制、PM-BPSK 調(diào)制兩種方式。極化方式偽衛(wèi)星信號極化方式采用 RHCP。用戶接收信號電

11、平北斗偽衛(wèi)星信號用戶室內(nèi)接收最小電平為-128.5dBm，用戶室外接收最小電平為-133dBm信號復(fù)用方式信號復(fù)用方式均為碼分多址（CDMA）信號工作帶寬北斗偽衛(wèi)星 B1I 頻點信號工作帶寬為為 4.092MHz， L1 頻點信號工作帶寬為 2.046MHz。相關(guān)損耗偽衛(wèi)星相關(guān)損耗不超過 0.6 dB；載波相位噪聲載波相位噪聲如下： -60 dBc/Hz f010 Hz-75 dBc/Hz f0100 Hz-80 dBc/Hz f01 kHz-85 dBc/Hz f010 kHz-95 dBc/Hz f0100 kHz帶內(nèi)雜散偽衛(wèi)星發(fā)射的雜散信號不超過-40dBc。測距碼特性偽衛(wèi)星 B1I 頻

12、點測距碼測距碼產(chǎn)生B1I 頻點的測距碼碼速率為2.046 Mcps，碼長為2046。 B1I 頻點I支路測距碼由兩個線性序列G1和G2模二和產(chǎn)生平衡Gold碼后截短1 chip生成。G1和G2 序列分別由兩個11 級線性移位寄存器生成，其生成多項式如下式2所示： 4BD 450028-2021G（1 X）=1+X+X7 +X8 +X9 +X10 +X11G（2 X）=1+X+X2 +X3 +X4 +X5 +X8 +X9 +X11G1 和G2的初始相位為：G1 序列初始相位：01010101010 G2 序列初始相位：01010101010 B1I 頻點測距碼發(fā)生器下圖1所示。圖 1 B1I 頻

13、點測距碼發(fā)生器測距碼分配（2）通過對產(chǎn)生G2序列的移位寄存器不同抽頭的模二和可以實現(xiàn)G2序列相位的不同偏移，與G1序列模二和后可生成不同衛(wèi)星的測距碼。偽衛(wèi)星測距碼偽衛(wèi)星號分配為：173-184。G2序列相位抽頭分配對應(yīng)如下表1所示。 表 1 G2 抽頭系數(shù)偽衛(wèi)星號 抽頭1 抽頭2 抽頭3 抽頭4 抽頭5 173 2 5 7 10 11 174 2 6 7 10 11 175 3 4 5 10 11 176 3 4 6 10 11 177 3 4 8 10 11 178 3 4 9 10 11 179 3 5 9 10 11 180 3 6 7 10 11 181 3 6 9 10 11 182

14、 4 5 6 10 11 183 4 6 9 10 11 184 6 7 8 10 11 偽衛(wèi)星 L1 頻點測距碼測距碼產(chǎn)生5BD 450028-2021L1 頻點的測距碼碼速率為 1.023 Mcps，碼長為 1023。L1 頻點 I 支路測距碼由兩個線性序列 G1 和G2i 模二和產(chǎn)生平衡Gold 碼。G2i 序列由 G2 序列延遲整數(shù)的碼片個數(shù)而構(gòu)成，G1 和G2 序列分別由兩個 10 級線性移位寄存器生成，其生成多項式如式 3 所示：G1 G2 X10 X10 X3 X9 1X8 X6 X3 X2 （3） 1G1 和G2 的初始相位為：G1 序列初始相位：1111111111。G2 序

15、列初始相位：1111111111。L1 頻點測距碼發(fā)生器如下圖 2 所示。G1寄存器1.023MHzX1歷元G2寄存器X1歷元R/10 C全部置110987654321G1(t)1.023MHz時鐘12345678910G2(t+di Tg)相位選擇邏輯圖 2 L1 擴頻碼發(fā)生器CA 碼Gi(t)測距碼分配通過對產(chǎn)生G2序列的移位寄存器不同抽頭的模二和可以實現(xiàn)G2序列相位的不同偏移，與G1序列模二和后可生成不同衛(wèi)星的測距碼。偽衛(wèi)星測距碼偽衛(wèi)星號分配為：173-184。G2序列相位延遲分配對應(yīng)如表2下。 表 2 偽衛(wèi)星 L1 頻點測距碼 G2 配置偽衛(wèi)星號G2延遲碼片數(shù)G2抽頭設(shè)置（八進制）17

16、3150136217439516541753450510176846024217779811421789921017179357107018099505016BD 450028-2021表 2 （續(xù)）偽衛(wèi)星號G2延遲碼片數(shù)G2抽頭設(shè)置（八進制）1818770455182112156618314402151844761003導(dǎo)航電文偽衛(wèi)星 B1I 頻點導(dǎo)航電文電文速率和類型電文信息數(shù)據(jù)導(dǎo)航電文由偽衛(wèi)星通過B1I信道以50比特/秒的速度進行傳送。 電文信息類型電文信息類型為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，包含偽衛(wèi)星位置、周、周內(nèi)秒、設(shè)備時延等。參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與北 斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號接口控制文件相同，參數(shù)內(nèi)容除表3定義

17、的其余內(nèi)容不限，可以與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號接口控制文件參數(shù)一致，也可以根據(jù)自己場景定義參數(shù)。 表 3 偽衛(wèi)星電文序號名稱參數(shù)長度比例因子單位1坐標(biāo)X36*10-3m2坐標(biāo)Y36*10-3m3坐標(biāo)Z36*10-3m4SOW周內(nèi)秒201s5WN131-6FraID31-7設(shè)備時延101ns* 為 2 進制補碼，最高有效位（ MSB）是符號位（ 或 ）。電文幀結(jié)構(gòu)B1I頻點導(dǎo)航電文由主幀和子幀組成。每個主幀為1500比特，歷時3秒，每個主幀由5個子幀組成，每個子幀為300比特，歷時0.6秒，每個子幀由10個字組成，每個字為30比特，歷時0.06秒。每個字由導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)及校驗碼兩部分組成。每個子幀

18、第1個字的前15比特信息不進行糾錯編碼，后11比特信息采用BCH（15,11,1）方式進行糾錯，信息位共有26比特；其它9個字均采用BCH（15,11,1）加交織方式進行糾錯編碼，信息位共有22比特。電文結(jié)構(gòu)安排北斗偽衛(wèi)星B1I頻點導(dǎo)航信息分為基本導(dǎo)航信息、必填導(dǎo)航信息和選填導(dǎo)航信息。其中，幀同步碼（簡稱幀頭）、周內(nèi)秒、周為基本導(dǎo)航信息，偽衛(wèi)星坐標(biāo)信息、設(shè)備時延為必填信息，其余 為選填信息。必填信息在子幀1中已做定義并在下圖3給出，其余子幀補充內(nèi)容均為選填信息。7BD 450028-2021幀頭-11保留-4FraID-3SOW-8PSOW-12-10PWN-13保留位PPX-22X-14Y-

19、8PPY-22Y-6Z-16PZ-20保留位-2P圖 3 電文頁結(jié)構(gòu)導(dǎo)航電文內(nèi)容與算法幀同步碼每一子幀的第1-11比特為幀同步碼，其值為“11100010010”，第1比特上升沿為秒前沿，用于時標(biāo)同步。子幀計數(shù)（FraID）每一子幀的第1個字 16-18 比特為子幀計數(shù)（FraID），共3比特，具體見表4定義。表 4 子幀計數(shù)編碼定義編號001010011100101110111子幀序列號12345保留保留周內(nèi)秒計數(shù)（SOW）每一子幀的第1個字19-26比特和第二個字31-42比特為周內(nèi)秒計數(shù)（SOW），共20比特，每周日北斗時0點0分0秒從零開始計數(shù)。周內(nèi)秒計數(shù)所對應(yīng)的秒時刻是指本子幀同步頭

20、的第一個脈沖上升沿所對應(yīng)的時刻。整周計數(shù)（WN）整周計數(shù)（WN）共13比特，為北斗時的整周計數(shù)，其值范圍為0-8191，以北斗時2006年1月1 日0點0分0秒為起點，從零開始計數(shù)。設(shè)備時延（ t ）t 10* （4）1024式中：電文中設(shè)備時延值。8BD 450028-2021坐標(biāo)計算其中，X、Y、Z分別為電文中對應(yīng)的X、Y、Z值，x，y，z為得到的ECEF坐標(biāo)系坐標(biāo)。x X / 1000y Y / 1000z Z / 1000（5）BCH 編碼導(dǎo)航電文采取 BCH（15,11,1）碼加交織方式進行糾錯。BCH 碼長為15比特，信息位為11比特，糾錯能力為1比特，其生成多項式為 g( X )

21、 X 4 X 1。導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)碼按每11比特順序分組，對需要交織的數(shù)據(jù)碼先進行串/并變換，然后進行 BCH（15,11,1）糾錯編碼，每兩組BCH碼， 按1比特順序進行并/串變換，組成30比特碼長的交織碼。具體如圖4所示。圖 4 BCH 編碼方式偽衛(wèi)星 L1 頻點導(dǎo)航電文電文速率和類型電文信息數(shù)據(jù)導(dǎo)航電文由偽衛(wèi)星通過L1信道以50比特/秒的速度進行傳送。電文信息類型電文信息類型為導(dǎo)航數(shù)據(jù)，包含偽衛(wèi)星位置、周、周內(nèi)秒、設(shè)備時延等。參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與IS-GPS-200H文件相同，參數(shù)內(nèi)容除表5定義的其余內(nèi)容不限，可以與IS-GPS-200K文件參數(shù)一致， 也可以根據(jù)自己場景定義參數(shù)。表 5 偽衛(wèi)星電

22、文序號 名稱 參數(shù)長度 比例因子 單位 1 坐標(biāo)X 36* 10-3 m 2 坐標(biāo)Y 36* 10-3 m 3 坐標(biāo)Z 36* 10-3 m 4 SOW周內(nèi)秒 17 1 s 5 WN 10 1 - 6 FraID 3 1 - 7 設(shè)備時延 10 1 ns * 為 2 進制補碼，最高有效位（ MSB）是符號位（ 或 ）。 9BD 450028-2021電文幀結(jié)構(gòu)L1頻點導(dǎo)航電文由主幀和子幀組成。每個主幀為1500比特，歷時3秒，每個主幀由5個子幀組 成，每個子幀為300比特，歷時 0.6 秒，每個子幀由10個字組成，每個字為30比特，歷時0.06秒。每個字由導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)及校驗碼兩部分組成。前24

23、比特為導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)，后6位為糾錯編碼數(shù)據(jù)。2比特-保證校驗?zāi)┪?0P北斗偽衛(wèi)星L1頻點導(dǎo)航信息分為基本導(dǎo)航信息、必填導(dǎo)航信息和選填導(dǎo)航信息。其中，幀同步碼（簡稱幀頭）、周內(nèi)秒、周為基本導(dǎo)航信息，偽衛(wèi)星坐標(biāo)信息、設(shè)備時延為必填信息，其余 為選填信息。必填信息在子幀1中已做定義并在下圖給出，其余子幀補充內(nèi)容均為選填信息。具體如圖5所示。幀 頭 -8 10001011遙測碼-14保留-2P-6SOW-17保留位FraID-3WN-10保留位P保留位-10X-12PPX-24PY-24Y-12Z-12PPZ-24P保留位圖 5 電文頁結(jié)構(gòu)導(dǎo)航電文內(nèi)容與算法幀同步碼每一子幀的第1-8比特為幀同步碼，其值為“10001011”，第1比特上升沿為秒前沿，用于時標(biāo)同步。子幀計數(shù)（FraID）每一子幀的第20-22比特為子幀計數(shù)（FraID），共3比特，具體定義如表6所示。表 6子幀計數(shù)編碼定義編號 001 010 011 100 101 110 111 子幀序列號 1 2 3 4 5 保留 保留 周內(nèi)秒計數(shù)（SOW）10BD 450028-2021每一子幀的第2個字1-17比特為