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引言

北斗卫星信号的强弱是影响导航系统的关键因素，信号是一种桥梁或媒介，能将空间站和地面进行科学连接，能将太空信号和用户之间建立连接渠道，能在用户之间构建通道，因此北斗卫星信号是重要的科研项目。伴随科学技术发展和航天技术的进步，我国通信和导航不断进行更新和完善，很多高于国外技术的先进领域不断出新，推动中国导航事业的高速发展。

一、北斗卫星三号信号简介

北斗卫星三号信号在目前正在使用的B1I和B3I的基础上新增了新生代信号B1C和B2a，这两个信号在传递性能和兼容性方面均获得突破^[1]。B1C和B2a在兼容性和操作性方面能够与GPS L1/L5、Galileo E1/E5a兼容并存。北斗卫星三号和北斗卫星二号相比，其结构复杂性、信号播发的带宽性、信号分量持有性等方面均得到升级优化，其带宽性更宽、信号分量承载更多。北斗卫星三号信号中的B1频点能实现对频率不同的B1I、B1C的信号共同播发，这一功能的实现需要对载荷通道的优化设计提出新要求。北斗卫星三号信号能实现这些信号功能依托于载波、扩频码、导航电文等，从而实现精度和速度全面提升的信号播发状态。在北斗卫星三号信号电波覆盖范围内建立地球站并开通，即可实现卫星导航通信和信号的传递。

二、北斗卫星信号结构及其特性

 （一）北斗卫星信号信道结构  

北斗卫星三号信号的信道使用新的设计方案即数据信道和导频信道相结合的信号传输方式。该方式在传统卫星信号传递基础上实现传递信号时不播发导航电文的信道方式。由于该方式规避的对导航电文的传递，因此能避免导航电文翻转引起的比特跳变故障，促使北斗文星信号系统的性能和稳定性更突出。北斗卫星信号对导频信号进行追踪时可以使用搜索范围更宽泛、弱信号跟踪能力强的纯锁相环，不必再使用传统的导航电文Costas 锁相环。北斗卫星三号信号使用的这种新的信号传导方式依据新的信号的跟踪功能为导航用户提供新的导航方式。北斗卫星信号信道传递信号的方式见图2.

图2

北斗卫星信号信道的传递方式可以提高信号传递的精确度，降低计算的步骤，从而简化计算过程，优化硬件资源。

（二）北斗卫星信号频率结构

   频率结构由频点数和载波频率两个指标决定，北斗卫星三号信号采用三频点的设计方式，这三个频点的频率分别是1575.42MHz、1176.45MHz和1268.52MHz^[2]。在北斗卫星信号系统中B2a和B3I的信号频率与其他卫星信号的频率有重叠部分，而B1C、GPS L1C、Galileo E1 OS的信号频率相同，这样北斗卫星信号能与其他卫星信号产生更强的交互操作性。北斗卫星信号频率结构的另一个关键领域是带宽。卫星的带宽数值决定了而信号频谱的宽度，同时跟自相关函数主峰的宽窄数值紧密关联，而自相关函数主峰的宽窄同时对信号码的追踪和抗干扰性有重要影响，所以北斗卫星的信号带宽对导航系统的精确性有直接影响。信号带宽值越大其信号码追踪进度越高，抗多径性能越好，导航系统的测准确性越高。北斗卫星三号信号的B1C信号带宽是32.736MHz，B2a的带宽是10.23MHz，和传统的卫星信号相比其信号强度和精确度更高。但是北斗卫星三号信号对带宽的要求不能无限增大，原因是其带宽越大对接收机前端噪声放大器和滤波器的更新设计具有更大的挑战性，提高设计成本，因此要设计、计算出适合北斗卫星的带宽值，从而优化各个结构功能。

（三）北斗卫星信号调制方式

   北斗卫星三号信号的调制方式采用GPS和Galileo的形式，并依据北斗卫星三号信号的具体功能和数据进行合理调整。B1C，B2a和B3I的信号调制方式见表1.根据表1的数据分析，B2a 和 B3I使用BPSK(10)的调制方式，扩频码速度为10.23MHz,这样的码速率更高，跟踪强度和精读更准确。

表1BIC、 B2a 和 B3I信号调制方式

（四）北斗卫星信号特性

1. 构建多频信号模式

北斗卫星三号信号采用的信号频率为B1、B2、B3，这样其信号的线性组合

性更强。在同一个卫星的情况下一进行

f=i·f1+j·f2+k·f3= f0（i·n1+j·n2+k·n3）=n·f0的函数表达，i、j、k 为三频组合系数，f0基准频率，n为巷数，能进行三频组合的载波波长操作^[3]。这样提高导航系统的定位精确度，降低各种误差，为更精准的卫星信号结构设计提供更多可能。

2. 信号测距功能更强

北斗卫星三号信号采用扩频码跟踪技术，落实了调制机制的更新和技术先进

性，其具备更高的功率谱密度，因此北斗卫星三号信号的扩频码跟踪能力优于二号卫星，导航系统的测距功能更强更精准。

3. 信号抗干扰性增强

卫星信号由空间站向地球传递过程中受到电磁、地磁等的影响，因此需要具

备较强的抗干扰性，在扩频码速率、子载波频率、信号调制机制等方面进行性能优化和技术升级，从而实现扩频码速率、干扰信号的归一化功率谱密度提升、信号的干扰频率降低的性能。北斗卫星三号信号采用MBOC调制机制干扰抗性更强，能为导航系统的性能提升提供空间。

4. 信号接收质量更强

北斗卫星三号信号在测距精度、干扰抗性、通信速率等方面进行优化设计，

技术升级，同时采用分层化设计，将多个字码覆盖在主码周期之上，因此其信号接收强度提升。

总结

北斗卫星信号结构和性格能对导航系统的优化升级有直接作用，因此，在北斗卫星结构和性能设计方面要采用先进技术推动航天技术的发展，同时助力于导航系统的升级，为进一步探索太空奥秘提供空间。参考文献：

[1]陶李. 北斗三号B2a信号捕获算法研究及其FPGA验证[D].东南大学,2019.

[2]吴俊强. GPS/BDS双模卫星信号的矢量跟踪技术研究[D].东南大学,2018.

[3]杨恒进. 高超声速飞行器北斗信号捕获与跟踪算法研究[D].南京邮电大学,2016.

作者简介：葛子昭，1996年9月12日，男，汉族，河北省定州市人，硕士研究生，初级工程师，北斗导航，国网思极位置服务有限公司

蒋海彤，1985年1月，男，回族，北京人，本科，中级工程师，研究方向：地图学与地理信息系统、北斗、无人机应用、卫星通信方向

杨慧乔，1988年6月，女，汉族，黑龙江人，硕士，中级工程师，研究方向：地图学与地理信息系统、遥感、北斗应用方向

杨頔，1994年11月，汉族，女，硕士，山西太原，硕士，工程师，研究方向：北斗卫星技术应用，国网思极位置服务有限公司