前言

眾所周知，全球導航衛星系統（GNSS）由空間段、地面段和用戶段組成，這3個部分通過多種無線電鏈路或光學鏈路有機地構成一個整體。衛星導航信號是一個由空間段播發的無線電廣播信號，是全球導航衛星系統中唯一一個在空間段、地面段和用戶段之間建立聯系的重要橋梁，擁有十分重要的地位。信號體制是衛星導航系統技術體制中最重要的組成部分之一，關系到定位、授時和測速等基本功能，以及定位測速授時精度、兼容和互操作性、保密性、抗干擾能力等技術指標的實現。一個設計合理、性能完善的信號體制，在全球導航衛星系統中有非常重要的位置。

隨著四大GNSS系統、日本QZSS、印度IRNSS及多種星基增強系統（SBAS）的不斷發展，L波段（1164～1610MHz）導航信號在2030年預計將超過400個，空間在軌導航衛星將多達160顆，這些導航信號的中心頻點完全重合或者非常接近，各系統信號間的射頻干擾已不可避免，必然引起L波段GNSS信號的兼容性問題。頻譜重用和開發新的頻譜資源是解決該問題的主要手段。國際電信聯盟（ITU）將S波段（2483.5～2500MHz）和C波段（5010～5030MHz）分配給導航業務，由于S波段16.5MHz的帶寬較窄，單一S波段信號難以超越L波段信號的性能，但S波段與L波段的信號組合可以提升無線電導航衛星服務（RNSS）的綜合性能。雖然C波段導航資源有限，但多個國家已表明要開發和利用C波段的意圖，S波段和C波段為未來GNSS信號的設計提供了新選擇。

與單一頻點的衛星導航相比，多頻衛星導航可以縮短模糊度初始化時間，有效提高定位精度及可靠性，已成為高精度衛星定位的發展方向。目前衛星導航局限在L波段上多頻，隨著S波段和C波段對衛星導航業務的開放，多頻還可以采用大間隔的多波段多頻。它更有利于消除頻變誤差，有利于快速求解模糊度，有利于抗干擾，有利于與通信系統的融合和互補。當前，探索一種能夠滿足各波段兼容性約束要求的通用調制波形是多波段聯合導航信號體制設計的緊迫任務，通用調制方案有助于降低多模接收機的設計復雜度，其基帶處理部分可以實現多信號共用，易于硬件集成，對多波段聯合導航的推廣和應用具有積極意義。

連續相位調制（CPM）是一種包絡恒定、相位連續、功率效能與頻帶效能都較高的調制方案，特別適用于采用非線性功率放大器且功率和帶寬均受限的衛星通信系統和衛星導航系統。值得注意的是，CPM是一類多參數可配置的調制集合，其參數調整靈活、信號儲備豐富，通過對調制參數的合理配置，可滿足各波段的兼容性要求，具備多波段多頻點的部署能力，是多波段聯合導航信號中具有競爭力的調制方案之一。

本書以多波段大間隔的多頻導航為背景，分析和匯總國內外先進衛星導航信號體制的設計理論和技術成果，研究頻率結構、信號波形、擴頻碼、信道編碼、捕獲與跟蹤等關鍵組成要素，基于CPM設計多波段衛星導航信號體制，引入GNSS信號質量綜合評估方法，從碼跟蹤精度、抗干擾、抗多徑、兼容性4個方面分析調制波形對信號性能的影響。對上述內容的研究將有助于提高衛星導航定位精度、實時性及魯棒性，降低終端的硬件復雜度，促進新導航波段資源的開發與利用，拓展多波段衛星導航信號體制的設計方法，為現有GNSS的技術升級和下一代衛星導航信號的設計提供新思路和可行性論證，并為其推廣應用奠定理論和技術基礎。

本書內容比較充分地反映了近年來衛星導航信號體制與設計領域的新思想與新技術，同時融合了作者在信號設計方面多年來的研究成果。本書在行文上以多波段衛星導航信號體制設計為主線，深入討論了衛星導航信號結構及各組成要素的設計思想、設計理論、最新研究成果，是一本理論與實踐并重的著作，可以作為衛星導航信號設計及相關領域科技工作者的參考書，也可以作為高等院校相關專業研究生和教師的教材或擴展閱讀材料。

本書的研究工作得到了國家自然科學基金面上項目（No.61873070）、國家自然科學基金青年項目（No.61403093）、天地一體化信息技術國家重點實驗室開放基金（No.2015_SGIIT_KFJJ_DH_03）、黑龍江省高精度衛星導航及海洋應用重點實驗室開放基金（No.HKL-2020-Y03）及中央高校基本科研業務費專項基金（No.HEUCFM180803）的資助，在此表示感謝！本書是黑龍江省高精度衛星導航及海洋應用重點實驗室集體智慧的結晶，特別感謝趙琳教授、程建華教授長期以來給予的指導和幫助！感謝高敬鵬、佟寧寧、徐錫超、魏強、曹慶銘、熊洋等教師和同學對本書的完成做出的有益貢獻！感謝王同、趙明非、謝明明、阮宏穎、劉靖、吳康然、王勇超、吳泳鋒、楊路敏、謝廣順等同學對本書的校對所付出的寶貴時間和精力！

本書在編寫過程中參閱的國內外文獻和書籍均列于各章的參考文獻中，在此向作者們表示衷心的感謝！感謝電子工業出版社給予我們的大力幫助，其為本書的出版提供了有力的支持和保證。

限于作者的知識水平和時間，書中難免有不妥和疏漏之處，懇請讀者批評指正。

薛睿

2020年4月