ITU-R M 1088 FRENCH-1994 CONSIDERATIONS FOR SHARING WITH SYSTEMS OF OTHER SERVICES OPERATING IN THE BANDS ALLOCATED TO THE RADIONAVIGATION-SATELLITE SERVICE《共享运行于无线电导航卫星业务频段的其他业务系统.pdf

1、Rec. UIT-R M.1088 1RECOMMANDATION UIT-R M.1088PRINCIPES DE PARTAGE AVEC LES SYSTMES DAUTRES SERVICESEXPLOITS DANS LES BANDES ATTRIBUES AU SERVICE DERADIONAVIGATION PAR SATELLITE(Question UIT-R 83/8)(1994)Rec. UIT-R M.1088LAssemble des radiocommunications de lUIT,considranta) que le systme mondial de

2、 positionnement (GPS) permet de fournir des stations ariennes, terrestres etmaritimes des informations prcises de navigation lchelle mondiale;b) que les bandes 1 215-1 240 MHz et 1 559-1 610 MHz sont respectivement attribues, titre primaire, auxservices de radiolocalisation et de radionavigation par

3、 satellite, dune part, et aux services de radionavigationaronautique et de radionavigation par satellite, dautre part, dans les trois Rgions;c) que de nombreuses administrations attribuent en outre la bande 1 215-1 240 MHz, titre primaire, aux servicesfixe, mobile et de radionavigation, et la bande

4、1 559-1 610 MHz, titre primaire galement, au service fixe;d) que toute station terrienne convenablement quipe peut recevoir du GPS des informations de navigation lchelle mondiale;e) que le GPS, remplissant une fonction de radionavigation, est rput assurer un service de scurit et que desmesures parti

5、culires doivent tre donc prises pour le protger des brouillages prjudiciables,recommande1. demployer, lors de lvaluation des possibilits dutilisation en partage avec le GPS, les caractristiques et lesinformations sur le systme prsentes dans les Annexes 1 et 2 ci-aprs.ANNEXE 1Caractristiques du rcept

6、eur du GPS(pour un rcepteur type de navigation arienne, de cot modique)Frquence porteuse de L1: 1 575,42 MHzFrquence porteuse de L2: 1 227,6 MHzDbit dlments du code de P: 10,23 Mbit/sDbit dlments du code de C/A: 1,023 Mbit/sDbit binaire de donnes pour la navigation: 50 bit/sTaux derreur rsiduelle su

7、r les bits: 105Niveau minimal de puissance reue (L2, P): 136 dBmNiveau minimal de puissance reue (L1, P): 133 dBmNiveau minimal de puissance reue (L1, C/A): 130 dBmNiveau de limitation du pramplificateur: 40 dBmNiveau de mise hors dtat du pramplificateur: 30 dBm (moyenne)40 dBm (crte)Temps de rcupra

8、tion aprs surcharge: 1 sBande passante du filtre RF, 3 dB: 17 MHz2 Rec. UIT-R M.1088Bande passante du filtre RF, 45 dB: 50 MHzIsolement de L1 et L2: 40 dBFacteur de bruit du rcepteur: 3 dBMarge normale du rapport brouillage/signal en acquisition (L1, C/A): 24 dBMarge du rapport brouillage/signal en

9、poursuite, tat 5 (L1, C/A): 31 dBMarge du rapport brouillage/signal en poursuite, tat 5 (L1, P): 41 dBANNEXE 2Prsentation technique et caractristiques du systmemondial de positionnement (GPS)1. Le systme GPS1.1 IntroductionLe systme mondial de positionnement (Global Positioning System, GPS) comprend

10、ra 24 positions desatellites, raison de 4 positions de satellites dans chacun des six plans orbitaux galement espacs et inclins 55.Chaque satellite mettra sur les deux mmes frquences des signaux de navigation. Ces signaux sont moduls par untrain de bits prdtermin, qui contient des donnes codes dphmr

11、ides et de temps, et ont une largeur de bandesuffisante pour donner la prcision de navigation ncessaire sans recourir la transmission bidirectionnelle ou lintgration Doppler. Ce systme assurera la dtermination prcise de la position dans les trois dimensions, en tout pointde la surface de la Terre ou

12、 prs delle.1.1.1 Besoins de frquencesLes besoins en frquences du systme GPS sont fonds sur une valuation de la prcision ncessaire auxusagers, de la rsolution du retard d la propagation espace-Terre, de laffaiblissement d la propagation par trajetsmultiples, et du cot ainsi que des configurations des

13、 quipements. Deux canaux ont t choisis pour lexploitation dusystme GPS: 1 575,42 MHz (L1) et 1 227,6 MHz (L2). Le canal L1 servira dterminer la position dun usager, 150 mprs. Un second signal, mis sur les deux canaux L1 et L2, assure la diversit de frquences et la plus grande largeur debande ncessai

14、res pour que laccroissement de la prcision de reprage, la rsolution du retard d la propagation Terre-espace et la suppression de laffaiblissement d la propagation par trajets multiples augmentent la prcision totale dansun rapport de 1 10. Des signaux de tlmesure et de maintenance dirigs partir des i

15、nstallations de commande situesaux Etats-Unis dAmrique vers le satellite, et retour, utiliseront la bande attribue la tlmesure aux Etats-UnisdAmrique.Le GPS assurera un service mondial de navigation. Les conditions requises pour la scurit de navigation (voirle numro 953 du Rglement des radiocommunic

16、ations) quexige un tel service soulignent limportance capitale de ceque dautres services radiolectriques ne provoquent pas de brouillage prjudiciable aux rcepteurs du GPS.1.2 Vue densemble du systmeLe GPS est un systme spatial, fonctionnant par tous les temps, de radionavigation continue, de dtermin

17、ationde la position et de transfert de temps, qui assurera avec une extrme prcision la dtermination de la vitesse et de laposition dans les trois dimensions, ainsi quune rfrence de temps prcise et commune lintention des usagers dots desquipements appropris, en tout point de la surface de la Terre ou

18、 prs delle.Le systme fonctionne daprs le principe de la triangulation passive. Lquipement de lusager du GPS mesuredabord les pseudo-distances quatre satellites, calcule leur position, et synchronise son horloge avec le GPS au moyendes paramtres dphmrides et de correction dhorloge quil reoit. Il dter

19、mine alors la position de lusager dans unespace trois dimensions, dans un systme de coordonnes cartsiennes WGS-84 centr et fix sur la Terre, et ledcalage de lhorloge de lusager relativement lheure du GPS, essentiellement par le calcul des solutions simultanes dequatre quations de distance.Rec. UIT-R

20、 M.1088 3De mme, on peut estimer la vitesse dans les trois dimensions de lusager et le dcalage du rythme de sonhorloge en rsolvant quatre quations de variation des distances, tant donn les mesures de la variation despseudo-distances quatre satellites. Les mesures sont qualifies de pseudo parce quell

21、es sont faites par une horlogedusager imprcise et contiennent des lments derreur fixes dus aux dcalages de lhorloge de lusager par rapport lheure du GPS.Le GPS assure deux niveaux de prcision de navigation: le service de positionnement prcis (PrecisePositioning Service, PPS) et le service de positio

22、nnement normal (Standard Positioning Service, SPS). Pour le PPS,les prcisions horizontale, verticale et temporelle sont, dans 95% des cas, de 18 m, 30 m et 170 ns, respectivement. Lesprcisions correspondantes dans le SPS sont de 100 m, 166 m et 330 ns. La prcision de la mesure de vitesse dduite duPP

23、S est presque entirement fonction de la conception du rcepteur et de la dynamique de lusager, mais on peut obtenirune prcision type de 0,2 m/s par axe dans 95% des cas.1.3 Description du systmeLe systme se compose de trois segments principaux: le segment spatial, le segment de commande et lesegment

24、de lusager. La fonction principale de chaque segment est comme suit:1.3.1 Segment spatialLe segment spatial comprend les satellites GPS, qui ont la fonction de points de rfrence clestes, etmettent depuis lespace des signaux de navigation avec un codage horaire prcis. Selon le projet actuel, la const

25、ellationoprationnelle de 24 satellites fonctionnera sur des orbites de 12 h avec un demi grand axe de 26 600 km environ. Lessatellites seront placs dans six plans orbitaux, inclins de 55 sur lquateur. Il y aura 4 satellites dans chaque plan. Onoptimisera la phase des satellites pour assurer que cinq

26、 dentre eux au moins soient visibles des usagers, 5 surlhorizon.Le satellite est un engin stabilis sur les trois axes. Les principaux lments de sa charge utile principale denavigation sont ltalon de frquence atomique pour la prcision horaire, le processeur pour la mise en mmoire desdonnes de navigat

27、ion, lensemble de signal de bruit pseudo-alatoire (BPA) pour produire le signal de mesure dedistance, et lantenne dmission dans la bande 1,2/1,6 GHz, dont le diagramme de gain, faisceau conform, diffuse dessignaux dune puissance quasi uniforme sur les deux frquences de la bande 1,2/1,6 GHz vers les

28、usagers situs sur lasurface de la Terre ou prs delle. Lmission sur deux frquences permettra la correction des retards ionosphriques dansla propagation du signal.1.3.2 Segment de commandeLe segment de commande assure les fonctions de poursuite, de calcul, dactualisation et de contrle ncessaires la co

29、mmande quotidienne de tous les satellites du systme. Il se compose dune station directrice matresse (MasterControl Station, MCS) situe Colorado Springs (Colorado, Etats-Unis dAmrique), o a lieu le traitement de toutesles donnes, et de cinq stations de contrle largement espaces, situes lle de lAscens

30、ion, Diego Garcia, Kwajalein, Colorado Springs et Hawa. Au site de trois de ces stations de contrle, se trouvent les antennes au solpour le transfert des signaux de maintenance des satellites.Les stations de contrle poursuivent passivement tous les satellites en vue et accumulent les donnes de mesur

31、ede distance et les donnes Doppler. Ces donnes sont traites la MCS pour calculer les phmrides, la drive deshorloges des satellites, et les retards par propagation du satellite, et utilises ensuite pour produire des messages destinsaux satellites. Trois fois par jour, au moins, ces informations ractu

32、alises sont transmises aux satellites pour y tre misesen mmoire et tre transmises ensuite par les satellites comme partie intgrante des messages de navigation destins lusager.1.3.3 Segment de lusagerLe segment de lusager est lensemble de tous les quipements des usagers et des quipements de soutien.L

33、quipement type de lusager se compose dune antenne, du rcepteur-processeur du GPS, dun ordinateur et desdispositifs dentres/sorties. Il acquiert et poursuit le signal de navigation provenant de quatre satellites en vue oudavantage mesure les temps de transfert des RF et les dcalages de frquence par e

34、ffet Doppler, les convertit enpseudo-distances et pseudo-vitesses, et en dduit la position dans les trois dimensions, la vitesse et lheure du systme.Les quipements des usagers iront du rcepteur relativement simple, lger et portable jusqu des rcepteursperfectionns, intgrs dautres capteurs ou systmes

35、de navigation pour un fonctionnement prcis dans des conditionsde dynamique leve.4 Rec. UIT-R M.10881.4 Structure du signal du GPSLe signal de navigation du GPS, mis depuis les satellites, se compose de deux porteuses modules: L1, une frquence centrale de 1 575,42 MHz (154 f0), et L2, une frquence ce

36、ntrale de 1 227,6 MHz (120 f0), of0= 10,23 MHz. f0est la sortie de ltalon de frquence atomique du satellite, auquel tous les signaux produits sontrapports de faon cohrente.Le signal sur L1 est modul par un code de bruit pseudo-alatoire (BPA) dacquisition prcise (P) et par uncode de bruit pseudo-alat

37、oire dacquisition approche (C/A), chacun desquels est additionn en modulo 2 un train dedonnes binaires de navigation 50 bit/s, avant la modulation en phase. Le code de P est une longue squence binairepseudo-alatoire de 0 et de 1, avec une cadence dhorloge de 10,23 MHz et une priode dune semaine, exa

38、ctement.Chaque samedi minuit, il est rinitialis, et sert dindicateur permanent du temps hebdomadaire bord de lenginspatial. Le code de C/A est un code court, dune cadence dhorloge de 1,023 MHz et dune priode de 1 ms exactement.Le signal sur L2 est modul en phase 2 tats, soit par le code de P, soit p

39、ar le code de C/A, selon lordre de lastation au sol. Le mme train de donnes 50 bit/s est additionn en modulo 2 au code, avant la modulation en phase,comme pour le signal sur L1. En exploitation normale, le code de P sera transmis sur L2.Lapplication la porteuse de la modulation en phase 2 tats trans

40、forme les squences binaires de code BPAen squences de +1 et 1, et transforme laddition modulo 2 en multiplication. On peut ainsi dcrire les signaux L1 et L2mis par le satellite comme une fonction du temps.Les fonctions des codes BPA sont doubles: ils assurent de bonnes caractristiques daccs multiple

41、 des satellites diffrents, puisque tous les satellitesmettent sur les deux mmes frquences porteuses et ne se diffrencient entre eux que par le coupleunique de codes P et C/A quils transmettent; et leurs caractristiques de corrlation permettent la mesure prcise du temps darrive, de laffaiblissementde

42、s signaux d la propagation par trajets multiples et des signaux brouilleurs.Le train de donnes 50 bit/s fournit le message de navigation, qui est format en cinq sous-trames dune durede 6 s. Chaque sous-trame, qui se compose de dix mots de 30 bits, commence par un mot de tlmesure (TLM) et par lemot d

43、e passage du code C/A au code de P (HOW). Ce dernier permet que le transfert de C/A P se fasse la fin de toutesous-trame de 6 s. Les trois premires sous-trames contiennent les donnes dphmrides et de correction dhorloge dusatellite particulier que lon poursuit. Ces messages sont normalement valables

44、pendant une priode de 4 h.Les sous-trames 4 et 5 contiennent les informations dalmanach qui dfinissent les phmrides moins prcisesde tous les satellites de la constellation, ainsi que ltat gnral du satellite, des messages spciaux, le dcalage du tempsdu GPS relativement au temps universel coordonn (UT

45、C), etc. Les deux sous-trames 4 et 6 disposent de 25 pages dedonnes chacune, qui sont transmises de faon cyclique. Il faut donc 6 s pour recevoir une page, et 2,5 min pour recevoirlensemble des 25 pages de donnes.1.5 Puissance et spectres du signalLes satellites du GPS utilisent une antenne faisceau

46、 conform qui diffuse une puissance quasi uniforme auxusagers du systme. Les signaux mis sont polariss circulairement vers la droite, avec une ellipticit qui nest pas pireque 0,7 dB pour L1, et que 2,0 dB pour L2, pour une plage angulaire de 14,3 par rapport la ligne de vise. Pour unangle dlvation du

47、 satellite 5, la spcification de puissance minimale garantie est de 133 dBm pour la composantede code P sur L1, et de 130 dBm pour la composante de code C/A sur L1. Le niveau de puissance correspondant pourL2, qui ne porte que le code P, est de 136 dBm au moins. La puissance effective reue des satel

48、lites est normalementsuprieure de 4-5 dB aux valeurs spcifies.2. Frquence dexploitationLexploitation principale (L1) se situe dans un segment de la bande 9, attribue la radionavigation parsatellite.3. Fonctions de tlmesureLe GPS est un systme passif. Il ne ncessite pas de liaison montante pour la navi