美國截獲中國北斗二號衛星系統的信號分析結果曝光

中國的北斗2系統已經發射了幾十顆衛星，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Inside GNSS雜誌看到兩篇關於北斗2的文章，於是介紹到這裡來給眾河友透透氣。

首先值得注意的是最近一期Inside GNSS雜誌的封面，很明顯可以看出這一期對中國北斗系統的關注。五星紅旗作背景，上書四個大字：Breaking the Waves, Compass. 其中Compass就是中國北斗的對外譯名。翻譯成"北斗，波瀾再起"，不知是否恰當？另外昨天俺才注意到Inside GPS雜誌的付標都變成"GPS|GALILEO|GLONASS|COMPASS", 以前一直是GPS|GALILEO|GLONASS，看來北斗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。在北斗這件事上也是如此，按說那麼多衛星都已經上去了，這ICD （Interface Control Document)文檔應該公開了吧。雖然北斗信號格式里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。可是北斗的公開官方文檔一直沒有。

這個月的Inside GNSS 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， GNSS over China The Compass MEO Satellite Codes Grace Xingxin Gao, Alan Chen, Sherman Lo, David De Lorenzo, and Per Enge （Per Enge可是GPS領域的大牛，得過開普勒獎的說。） More Compass Points Tracking China's MEO Satellite on a Hardware Receiver Wim De Wilde, Frank Boon, J-M Sleewaegen, and Frank Wilms 斯坦福的那篇文章作者中有兩個華裔研究人員，其中Grace Gao還是個清華美女，沒準就在這裡，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雜訊，而本機產生的偽碼信號則沒有噪 聲。所以這個方法只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，同時削弱雜訊，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。但西西河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體GNSS接收機實現了對北斗信號的跟蹤（tracking），北斗的導航電文已經被 解調下來。這意味著只要有多於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，北斗的信號強度在E2 (1561.1MHz)比目前GPS信號強度要高差不多 7dB。7個dB呀，這是個多麼誘人的指標，要知道魯皮現在每天苦苦掙扎的也就是為了2個dB。如果能給GPS信號增強7個dB，俺的life就easy 了很多F。

其實最早對北斗信號進行研究的是CNES（Centre National d étudesSpatiales ， the French Space Agency)的研究人員。中國的衛星上天13天，他們在10天以後，也就是採集了北斗的信號並進行分析，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。

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