L2C码与L2载波数据质量分析

李卫军，归党莹

（1.广东省电力设计研究院，广东广州 510663；2.中国地图出版社，北京 100054）

L2C码与L2载波数据质量分析

李卫军1，归党莹2

（1.广东省电力设计研究院，广东广州 510663；2.中国地图出版社，北京 100054）

基于IGS的L2C信号跟踪站数据验证了具有L2C码的卫星的L2载波的信噪比高于没有L2C码的卫星的L2载波的信噪比，L2载波恢复的数据质量更好。针对不同的接收机，对比分析了C/A码和L2C码多路径效应及观测噪声水平，发现对TRIMBLENETRS接收机，L2C码误差水平明显高于C/A码，与期望结果相反。

GPS现代化；L2C码；信噪比；多路径效应

GPS现代化的一个主要措施是在L2频道上增加第二民用码，即L2C码，其应用意义主要有：①保证高精度用户可以直接获取L2信号而不是微弱的半波长跟踪技术，信号强度将得到大大提高[1]；②L2载波上调制L2C码可以更好地消除电离层延迟误差，具有更强的信噪比以及更低的多路径效应影响[2]。目前，能发送L2C码信号的卫星达到6颗，IGS也组织成立了L2C信号跟踪站网络。现已有国内外学者开展了L2C码方面的研究工作[3-5]。本文基于IGS的L2C信号跟踪站数据，对L2C码及L2载波数据质量进行了分析。

1 L2C码观测数据采集

从2005年9月26日，第一颗现代化的Block IIRM卫星 (PRN 17)发射上天到现在，能发送L2C码信号的卫星达到6颗，分别是7号、12号、15号、17号、29号和 31号。GPS接收机生产商，比如 Trimble、NovAtel、Septentrio、Leica以及Topcon等随之研发生产了不同型号可跟踪 L2C信号的接收机。同时，IGS也组织成立了L2C信号跟踪站网络。表1列出了部分主要跟踪站的站名及所用接收机型号[6]。

表1 L2C信号部分主要跟踪站的站名及接收机类型

2 比 (SNR)试验分析

传统L2载波只调制了结构未公开的Y码，不能采用码相关法来恢复 L2载波，而采用平方法，得到 L2载波的信噪比较差。L2C码主要优势是保证高精度用户可以直接获取 L2信号而不是微弱的半波长跟踪技术，信号强度将得到大大提高。

以2008年随机选取的三天数据对比分析，很容易验证上述结论。以UNAC站2008年8月15日的观测数据为例，图1和图2分别为所有卫星 L1和 L2载波SNR值。很显然，各卫星L1载波SNR值整体优于L2载波，而图2中现代化卫星的L2载波信号强度(SV7、12、15、17、29、31)则高于其他卫星的 L2载波信号强度。

图1 UNAC站各卫星L1载波的SNR值

图2 UNAC站各卫星L2载波 的SNR值

L1载波的SNR值变化范围为25.25～55.25dB-Hz，如表2所示，其中约97%在35 dB-Hz以上。一般卫星的L2载波SNR值最高为52 dB-Hz，最低只有14 dBHz，而且仅一半观测值达到35dB-Hz水平。现代化卫星L2载波的SNR值变化范围为28.5～56dB-Hz，其各项水平还略高于L1载波。

表2 所有卫星的L1、L2载波SNR值统计表

3 L2C码多路径效应及观测噪声误差分析

3.1 理论方法

电离层延迟、多路径效应、接收机噪声是影响数据质量的主要因素，其中多路径效应是最为复杂的。由文献[7]的理论推导，我们同样可以通过L2C码及L1、L2双频载波测量形成无几何相关、无电离层影响的线性组合方式得到L2C码的多路径效应及观测噪声误差，公式如下：

3.2 试验及结果分析

针对不同的接收机，本文选取ALIC、UNAC、UNB3三个站从2008年8月15日到21日的数据进行分析。每个站观测数据24h，采样率30s。3个站点不同接收机的观测值类型均为：L1、L2、C1、C2、P2、S1和S2，其中C2即为L2C码观测值。由表1可知，ALIC、UNAC、UNB3三个站的接收机类型分别为 LEICA GRX1200GG、TRIMBLENETRS和TRIMBLENETR5。

选取4号、14号以及现代化7号、17号卫星，分析其C/A码、P2码或L2C码的观测噪声及多路径效应水平，如图3所示。各卫星C/A码、P2码或L2C码的观测噪声及多路径效应水平的标准差列于表3。

图3 4号和7号卫星的C/A码、P2码或L2C码观测噪声及多路径效应水平

表3 各卫星C/A码、P2码或L2C码的观测噪声及多路径效应水平的标准差

由表3可以看出，7号和17号卫星的C/A码观测噪声及多路径误差水平略小于4号和14号卫星，通过比较卫星高度角可以知道，这是因为前者卫星观测高度角略高于后者卫星。令人意外的是，7号和17号卫星的L2C码观测噪声及多路径误差水平远高于C/A码，与期望中的两者水平基本差不多的结果相反。Liliána Sükeová等人 (2007)对Trimble R7接收机也指出了相似现象。出现这种结果的一种解释是与接收机硬件捕获L2C信号技术有关，为此，对3个测站上不同接收机分析7号、17号和29号卫星的C/A码和L2C码的观测噪声及多路径效应水平，其标准差总结列于表4。由表4可知，对LEICAGRX1200GG和TRIMBLENETR5接收机，C/A码和L2C码观测噪声及多路径误差的标准差大致相同，表明两者观测噪声和多路径影响水平基本一样，符合期望结果。而TRIMBLE NETRS接收机由于在捕获L2C信号时未采用TRIMBLE接收机的多路径缓解算法 Everest，另外也存在一些残留的捕获问题增加了L2C信号的观测噪声[8]，从而产生上述结果。

表4 不同接收机捕获C/A码和L2C码的观测噪声及多路径效应的标准差

4结语

通过IGS的L2C信号跟踪站数据的试验与分析，可以得到以下结论：

1）具有L2C码的卫星的L2载波的信噪比高于没有L2C码的卫星的L2载波的信噪比，L2载波恢复的数据质量更好。

2）针对不同的接收机，对比分析了C/A码和L2C码多路径效应及观测噪声水平发现：对 LEICA GRX1200GG和TRIMBLE NETR5接收机，C/A码和L2C码观测噪声和多路径影响水平基本一样，符合期望结果；而TRIMBLE NETRS接收机由于在捕获L2C信号时未采用TRIMBLE接收机的多路径缓解算法Everest，另外也存在一些残留的捕获问题增加了L2C信号的观测噪声，使得L2C码多路径效应及观测噪声水平明显高于C/A码。

[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] 王泽民，邱蕾，孙伟，等．GPS现代化后L2载波的定位精度研究[J]．武汉大学学报：信息科学版，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

李卫军，硕士，助理工程师，研究方向为GPS数据处理与GPS技术应用。