美國截獲中國北鬥二號衛星係統的信號分析結果曝光

美國截獲中國北鬥二號衛星係統的信號分析結果曝光


zt



　　中國的北鬥2係統已經發射了幾顆衛星，作為從事衛星導航定位的專業人員，我一直在關注國內外的反應。這兩天從InsideGNSS雜誌看到兩篇關於北鬥2的文章，於是介紹到這裏來給眾友透透氣。

　　首先值得注意的是最近一期InsideGNSS雜誌的封麵，很明顯可以看出這一期對中國北鬥係統的關注。五星紅旗作背景，上書四個大字：BreakingtheWaves,Compass.其中Compass就是中國北鬥的對外譯名。翻譯成北鬥，波瀾再起，不知是否恰當？另外昨天俺才注意到InsideGPS雜誌的付標都變成GPS|GALILEO|GLONASS|COMPASS,以前一直是GPS|GALILEO|GLONASS，看來北鬥終於進入編輯們的法眼了。咱中國人做事向來低調，悄末聲地就整出個大動作嚇人一跳，就像N年的導彈打衛星。在北鬥這件事上也是如此，按說那麽多衛星都已經上去了，這ICD（InterfaceControlDocument)文檔應該公開了吧。雖然北鬥信號格式裏肯定有軍用保密信號，但一定也有民用信號，否則商用導航定位市場這一塊大蛋糕可就沒了。就像美國GPS一樣，其ICD文檔就對C/A碼信號格式有詳細地描述。可是北鬥的公開官方文檔一直沒有。

　　這個月的InsideGNSS就有兩篇學術文章，一篇是Stanford大學的研究人員發表的，一篇是歐洲Septentrio公司的研究人員發表的，分別如下，

GNSSoverChinaTheCompassMEOSatelliteCodesGraceXingxinGao,AlanChen,ShermanLo,DavidDeLorenzo,andPerEnge（PerEnge可是GPS領域的大牛，得過開普勒獎的說。）MoreCompassPointsTrackingChina\'sMEOSatelliteonaHardwareReceiverWimDeWilde,FrankBoon,J-MSleewaegen,andFrankWilms斯坦福的那篇文章作者中有兩個華裔研究人員，其中GraceGao還是個清華美女，沒準就在這裏，所以俺說話可要小心了。斯坦福的那篇文章主要工作是截獲了中國衛星信號中的偽隨機碼，並給出了碼結構和基本的生成多項式。學過CDMA的河友都知道偽隨機碼在擴頻通信中的重要性。擴頻信號的捕獲和跟蹤必須以偽隨機碼的產生為前提。以前在學校念書時候，教授講解擴頻通信的時候曾提到國外有種儀器，接收到發送的CDMA信號，就能在5-6秒內給出該信號的偽隨機碼的生成多項式。

　　當時感覺很是神奇，但一直不知其所以然，這次這篇文章正好需要解決這個問題，所以就留心仔細拜讀。基本思想還是比較巧妙，大致思路是利用接受到的信號和自身作相關，這和常規的相關的區別是：接收到的信號包含信號和噪聲，而本機產生的偽碼信號則沒有噪聲。所以這個方法隻有在接收到的信號載噪比（CN0）足夠大的時候才能觀察到明顯的相關峰。仔細看他們的接收裝置也證明了這一點，天線是一個口徑1.8米的大鍋天線，閑聊一句，魯皮現在用的接收機用的天線是13mmX13mm的貼片天線。光這個巨型天線就能提供2到3個數量級的增益（20-30分貝）。

　　找到相關峰以後，根據正相關峰還是負相關峰就能得到調製的數據比特的符號。把這個正負號去掉後就得到連續波信號，至此在對多個周期的信號作累加平均，把信號增強，同時削弱噪聲，就得到010101的偽隨機碼，知道了偽隨機碼的周期，碼子，就能得到其生成多項式。基本思想就是這樣，當然中間還有許多細節問題需要考慮，比如載波多普勒平移的消除。但不是學術討論的地方就不多贅述了。Septentrio的文章就更進一步了，他們已經利用他們的一台軟件GNSS接收機實現了對北鬥信號的跟蹤（tracking），北鬥的導航電文已經被解調下來。這意味著隻要有多於4顆星的信號，並且知道導航電文的數據定義，就可以用來實現定位了。

　　根據他們的結果，北鬥的信號強度在E2(1561.1MHz)比目前GPS信號強度要高差不多7dB。7個dB呀，這是個多麽誘人的指標，要知道魯皮現在每天苦苦掙紮的也就是為了2個dB。如果能給GPS信號增強7個dB，俺的life就easy了很多F。

　　其實最早對北鬥信號進行研究的是CNES（CentreNationaldétudesSpatiales，theFrenchSpaceAgency)的研究人員。中國的衛星13號上天，他們在10天以後，也就是23號就采集了北鬥的信號並進行分析，基本上分析了一溜兒夠。不能不佩服國外同行的行業敏感性。