L2C碼與L2載波數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

李衛(wèi)軍，歸黨瑩

（1.廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663；2.中國地圖出版社，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.廣東省電力設計研究院，廣東廣州 510663；2.中國地圖出版社，北京 100054）

基于IGS的L2C信號跟蹤站數(shù)據(jù)驗證了具有L2C碼的衛(wèi)星的L2載波的信噪比高于沒有L2C碼的衛(wèi)星的L2載波的信噪比，L2載波恢復的數(shù)據(jù)質(zhì)量更好。針對不同的接收機，對比分析了C/A碼和L2C碼多路徑效應及觀測噪聲水平，發(fā)現(xiàn)對TRIMBLENETRS接收機，L2C碼誤差水平明顯高于C/A碼，與期望結果相反。

GPS現(xiàn)代化；L2C碼；信噪比；多路徑效應

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

1 L2C碼觀測數(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碼信號的衛(wèi)星達到6顆，分別是7號、12號、15號、17號、29號和 31號。GPS接收機生產(chǎn)商，比如 Trimble、NovAtel、Septentrio、Leica以及Topcon等隨之研發(fā)生產(chǎn)了不同型號可跟蹤 L2C信號的接收機。同時，IGS也組織成立了L2C信號跟蹤站網(wǎng)絡。表1列出了部分主要跟蹤站的站名及所用接收機型號[6]。

表1 L2C信號部分主要跟蹤站的站名及接收機類型

2 比 (SNR)試驗分析

傳統(tǒng)L2載波只調(diào)制了結構未公開的Y碼，不能采用碼相關法來恢復 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)勢是保證高精度用戶可以直接獲取 L2信號而不是微弱的半波長跟蹤技術，信號強度將得到大大提高。

以2008年隨機選取的三天數(shù)據(jù)對比分析，很容易驗證上述結論。以UNAC站2008年8月15日的觀測數(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載波信號強度(SV7、12、15、17、29、31)則高于其他衛(wèi)星的 L2載波信號強度。

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，而且僅一半觀測值達到35dB-Hz水平。現(xiàn)代化衛(wèi)星L2載波的SNR值變化范圍為28.5～56dB-Hz，其各項水平還略高于L1載波。

表2 所有衛(wèi)星的L1、L2載波SNR值統(tǒng)計表

3 L2C碼多路徑效應及觀測噪聲誤差分析

3.1 理論方法

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

3.2 試驗及結果分析

針對不同的接收機，本文選取ALIC、UNAC、UNB3三個站從2008年8月15日到21日的數(shù)據(jù)進行分析。每個站觀測數(shù)據(jù)24h，采樣率30s。3個站點不同接收機的觀測值類型均為：L1、L2、C1、C2、P2、S1和S2，其中C2即為L2C碼觀測值。由表1可知，ALIC、UNAC、UNB3三個站的接收機類型分別為 LEICA GRX1200GG、TRIMBLENETRS和TRIMBLENETR5。

選取4號、14號以及現(xiàn)代化7號、17號衛(wèi)星，分析其C/A碼、P2碼或L2C碼的觀測噪聲及多路徑效應水平，如圖3所示。各衛(wèi)星C/A碼、P2碼或L2C碼的觀測噪聲及多路徑效應水平的標準差列于表3。

圖3 4號和7號衛(wèi)星的C/A碼、P2碼或L2C碼觀測噪聲及多路徑效應水平

表3 各衛(wèi)星C/A碼、P2碼或L2C碼的觀測噪聲及多路徑效應水平的標準差

由表3可以看出，7號和17號衛(wèi)星的C/A碼觀測噪聲及多路徑誤差水平略小于4號和14號衛(wèi)星，通過比較衛(wèi)星高度角可以知道，這是因為前者衛(wèi)星觀測高度角略高于后者衛(wèi)星。令人意外的是，7號和17號衛(wèi)星的L2C碼觀測噪聲及多路徑誤差水平遠高于C/A碼，與期望中的兩者水平基本差不多的結果相反。Liliána Sükeová等人 (2007)對Trimble R7接收機也指出了相似現(xiàn)象。出現(xiàn)這種結果的一種解釋是與接收機硬件捕獲L2C信號技術有關，為此，對3個測站上不同接收機分析7號、17號和29號衛(wèi)星的C/A碼和L2C碼的觀測噪聲及多路徑效應水平，其標準差總結列于表4。由表4可知，對LEICAGRX1200GG和TRIMBLENETR5接收機，C/A碼和L2C碼觀測噪聲及多路徑誤差的標準差大致相同，表明兩者觀測噪聲和多路徑影響水平基本一樣，符合期望結果。而TRIMBLE NETRS接收機由于在捕獲L2C信號時未采用TRIMBLE接收機的多路徑緩解算法 Everest，另外也存在一些殘留的捕獲問題增加了L2C信號的觀測噪聲[8]，從而產(chǎn)生上述結果。

表4 不同接收機捕獲C/A碼和L2C碼的觀測噪聲及多路徑效應的標準差

4結語

通過IGS的L2C信號跟蹤站數(shù)據(jù)的試驗與分析，可以得到以下結論：

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

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

[1] Richard D.Fontana,WaiCheung,Tom Stansell．TheModernized L2Civil Signal[J]．GPSWorld，2001,12(9):28-33

[2]C Rizos,M.Higgins,S.Hew itson．New GNSS Developments and Their Impacton Survey Service Providersand Surveyors[C]. Proceedings of SSC2005 Spatial Intelligence,Innovation and Praxis,2005

[3] 王澤民，邱蕾，孫偉，等．GPS現(xiàn)代化后L2載波的定位精度研究[J]．武漢大學學報：信息科學版，2008，33(8)：779-782

[4] Liliána Sükeová、Marcelo C.Santos、Richard B.Langley et al．GPS L2C Signal Quality Analysis[C]．Proceedings of the 63rd AnnualMeeting,2007,Cambridge,Massachusetts:232-241

[5]Andrew Simsky,Jean-Marie Sleewaegen,PierreNem ryetal．Signal Performance and Measurement Noise Assessment of the First L2C Signal-in-space[C]．Proceedings of IEEE/ION PLANS 2006:834-839

[6] ftp://cddisa.gsfc.nasa.gov/gps/data/daily/reports/2008/l2c_summary.2008[EB/OL]

[7] Estey L.H.,Meertens C.M．TEQC:themulti-purpose toolkit for GPS/GLONASS data[J]．GPSSolutions,1999,3(1):42-49

[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，研究方向為GPS數(shù)據(jù)處理與GPS技術應用。