摘要：目前國(guó)際衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS/GLONASS/GALILEO/COMPASS正處于系統(tǒng)建設(shè)和現(xiàn)代化進(jìn)程之中，多模GNSS系統(tǒng)的服務(wù)性能提高以及兼容應(yīng)用將成為未來(lái)主流發(fā)展趨勢(shì)。本文詳細(xì)闡述了目前國(guó)內(nèi)外在兼容與互操作方面的研究情況，并對(duì)未來(lái)多模GNSS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；兼容性；互操作性；ICG會(huì)議

1、引言

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)和安全領(lǐng)域中的重要作用，正在使其成為世界強(qiáng)國(guó)間新一輪競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。為了擺脫對(duì)美俄導(dǎo)航定位系統(tǒng)的依賴，以免受制于人，世界各國(guó)、各地區(qū)和組織將紛紛建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)?，F(xiàn)有或在建的主要衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS，Galileo，GLONASS，Compass等）在應(yīng)用服務(wù)、系統(tǒng)構(gòu)成、定位原理、工作頻率、信號(hào)調(diào)制方式以及星歷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面相同或類似。而衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的頻率資源、軌道資源是有限的。隨著越來(lái)越多的衛(wèi)星占用中高度軌道有限的軌位，越來(lái)越多的信號(hào)占用擁擠而寶貴的L波段衛(wèi)星導(dǎo)航頻帶資源，同時(shí)隨著衛(wèi)星信號(hào)功率的增加，系統(tǒng)間干擾（即兼容性）和相互協(xié)作（即互操作）問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。
兼容性是指^[1]兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，不會(huì)引起沖突，相對(duì)于單系統(tǒng)工作的情況不會(huì)產(chǎn)生顯著的性能下降，即系統(tǒng)間干擾引起的性能降低應(yīng)在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)。互操作性是指在兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，通過(guò)聯(lián)合利用不同星座的多顆衛(wèi)星的信息（如偽距觀測(cè)量、導(dǎo)航電文），來(lái)提高導(dǎo)航定位的可用性和精度的方法，實(shí)現(xiàn)互操作的系統(tǒng)服務(wù)性能顯著超過(guò)其中任何一個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)工作的效果。兼容性與互操作性是互相交織、密不可分的。兼容性是必需的、基本的要求，是互操作的前提（不兼容的系統(tǒng)根本談不上性能的互相增強(qiáng)），一般可以從用戶設(shè)備層面來(lái)考察；互操作則是進(jìn)一步的要求，需要從系統(tǒng)級(jí)來(lái)考察?；ゲ僮魉绞莾?yōu)化處理的結(jié)果，是可以通過(guò)努力在用戶層面上達(dá)到的。影響兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間的兼容性和互操作性的主要因素有四個(gè)：星座布局、空間信號(hào)、大地坐標(biāo)參考框架、時(shí)間參考框架。
本文旨在給出多模GNSS兼容與互操作技術(shù)概況，分別闡述了現(xiàn)代化GPS的兼容性和互操作性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、GLONASS的兼容性和互操作性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、Galileo系統(tǒng)兼容與互操作設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、Compass系統(tǒng)兼容與互操作設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、兼容性與互操作性的分析方法、兼容性與互操作評(píng)估試驗(yàn)場(chǎng)，以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星國(guó)際委員會(huì)會(huì)議等方面。并且對(duì)未來(lái)多模導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展方向提出了一些自己的觀點(diǎn)。

2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

2.1 現(xiàn)代化GPS的兼容性和互操作性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
在信號(hào)體制方面，GPS現(xiàn)代化升級(jí)計(jì)劃充分考慮了與原有系統(tǒng)的前向兼容，采用了新一代的副載波調(diào)制信號(hào)，該類信號(hào)的主瓣偏離了載波頻率，頻偏距離由副載波的頻率決定。目前GPS已經(jīng)發(fā)射了其現(xiàn)代化衛(wèi)星GPS IIR-M，播發(fā)了第二個(gè)民用信號(hào)L2C及現(xiàn)代化的軍用信號(hào)M碼^[2]-[4]。第一顆GPS IIF衛(wèi)星也于2010年5月發(fā)射[5]，播發(fā)了第三個(gè)民用信號(hào)L5。到2014年還會(huì)發(fā)射下一代導(dǎo)航衛(wèi)星GPS III，在該系列衛(wèi)星上將播發(fā)第四個(gè)民用信號(hào)L1C。其中，M碼旨在確保美國(guó)及其盟友的軍事優(yōu)勢(shì)，其好處包括：提高安全性，與民用信號(hào)頻譜分離以支持抗干擾的非干擾高功率模式，增強(qiáng)的跟蹤和數(shù)據(jù)解調(diào)性能，穩(wěn)健的捕獲，與C/A碼和P碼的兼容。L1C采用與歐盟Galileo E1 OS兼容和互操作的MBOC(6,1,1/11)調(diào)制[6]，其時(shí)域?qū)崿F(xiàn)采用TMBOC(6,1,4/33)。在L5信號(hào)設(shè)計(jì)過(guò)程中，美國(guó)還專門研究了L5信號(hào)與測(cè)距儀（DME）、塔康系統(tǒng)（TACAN）、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）、多功能戰(zhàn)術(shù)分發(fā)系統(tǒng)（MIDS）和空管雷達(dá)（ATC）等多個(gè)使用1175.46MHz附近頻率資源的系統(tǒng)的兼容性。最終，GPS占用了三個(gè)頻段：L1、L2和L5，在這三個(gè)中心頻率上發(fā)射了8種信號(hào)，見表1和圖1。
表1GPS信號(hào)^[7][8][9]

中心頻率 （MHz）	信號(hào)	調(diào)制方式	碼型	碼長(zhǎng)	帶寬（MHz）	服務(wù)
L1（1575.42）	C/A碼	BPSK-R(1)	GOLD	1023	2.046	OS
	P(Y)碼	BPSK-R(10)	復(fù)合碼	6187104000000	20.46	AS
	L1C-I	BOC(1,1)	Weil	10230	24.552	OS
	L1C-Q	TMBOC	Weil	1800×10230
	M碼	BOC(10,5)	未公開	未公開	30.69	AS
L2（1227.60）	P(Y)碼	BPSK-R(10)	復(fù)合碼	6187104000000	20.46	AS
	M碼	BOC(10,5)	未公開	未公開	30.69	AS
	L2C	BPSK-R(1)	截?cái)鄊	CM:10230 CL:767250	2.046	OS
L5（1176.45）	L5	BPSK-R(10)	復(fù)合碼	10230	20.46	OS

在坐標(biāo)基準(zhǔn)方面，GPS采用的WGS84坐標(biāo)系，是一個(gè)協(xié)議地球參考系，它包括WGS84的參考橢球，WGS84的基本常數(shù)以及地球重力場(chǎng)模型和全球大地水準(zhǔn)面。美國(guó)國(guó)家影像制圖局(NIMA)在二十世紀(jì)九十年代中期又對(duì)WGS84進(jìn)行了精化與增強(qiáng)，得到了WGS84 (730)和WGS84 (873)。經(jīng)過(guò)1994年和1996的兩次精化，WGS84的基本參數(shù)也發(fā)生了變化，其定義的新的四個(gè)基本參數(shù)為：
表2WGS84基本參數(shù)

長(zhǎng)半軸	a=6378137.0 m
地球引力常數(shù)(包含大氣層)	GM=3986004.418×108 m3sec-2
橢球扁率的倒數(shù)	1/f=298.257223563
地球自轉(zhuǎn)角速度	ω=7292115.0×10-11 rad sec-1

在時(shí)間基準(zhǔn)方面，GPS的時(shí)間系統(tǒng)稱為GPS系統(tǒng)時(shí)，簡(jiǎn)寫為GPST，其歷元1980年1月6日零時(shí)與UTC保持一致，與國(guó)際原子時(shí)保持有19s的常數(shù)差，是一個(gè)連續(xù)的時(shí)間系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)時(shí)是由所有工作的GPS衛(wèi)星和地面控制區(qū)段的原子頻標(biāo)所共同維持的導(dǎo)航時(shí)標(biāo)，它以UTC（USNO）為基準(zhǔn)，但不進(jìn)行跳秒調(diào)整。要求GPS控制區(qū)段調(diào)節(jié)GPS系統(tǒng)時(shí)使之與UTC（USNO）的偏差在1 μs以內(nèi)（模1 s），然而典型的偏差是在50 ns以內(nèi)（模1 s）。

2.2 GLONASS的兼容性和互操作性設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
在信號(hào)體制方面，基于GPS-GLONASS互操作性和兼容性工作組WG-1于2006年12月13-14的會(huì)議文件，雙方均認(rèn)識(shí)到在關(guān)于FDMA 和CDMA 的問(wèn)題上使用共同的方式有益于兩個(gè)系統(tǒng)的互操作，這也許會(huì)促成俄羅斯從FDMA信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)椴グl(fā)更具互操作性的CDMA信號(hào)。在GLONASS信號(hào)現(xiàn)代化計(jì)劃中，除播發(fā)向下兼容的L1PT信號(hào)和L2PT信號(hào)外，還將播發(fā)與Galileo－E5b兼容的L3PT（FDMA體制）信號(hào)，而在未來(lái)系統(tǒng)中還將播發(fā)能夠與GPS－L1/Galileo-E1完全兼容和互操作的L1CR信號(hào)，以及與GPS-L5/Galileo-E5a完全兼容與互操作的L5R信號(hào)，只是具體的實(shí)現(xiàn)方式還在進(jìn)一步論證之中。具體的信號(hào)見表3與圖2。
表3GLONASS信號(hào)^[10]

中心頻率（MHz）	信號(hào)	調(diào)制方式	帶寬（MHz）	服務(wù)
L1PT （1598.0625-1605.3750）	L1PT C/A	BPSK-R(0.511)	1.022	OS
	L1PT P	BPSK-R(5.11)	10.22	AS
L2PT （1242.9375-1248.6250）	L1PT C/A	BPSK-R(0.511)	1.022	OS
	L1PT P	BPSK-R(5.11)	10.22	AS
L3PT （1201.7430-1209.7800）	L3PT P	BPSK-R(4)	8	AS

在坐標(biāo)基準(zhǔn)方面，GLONASS系統(tǒng)采用PZ-90坐標(biāo)系。PZ-90亦屬地心坐標(biāo)系，其原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向與IERS協(xié)議地球極重合，X軸與地球赤道面和BIH零子午面的交線重合，Y軸完成右手坐標(biāo)系，同WGS84一樣，PZ-90定義了自己的重力場(chǎng)模型，采用的參考橢球參數(shù)和其它參數(shù)見表4。俄羅斯方面通過(guò)在俄羅斯西部進(jìn)行的有限測(cè)量已初步測(cè)定了PZ-90和WGS-84之間的旋轉(zhuǎn)矩陣，認(rèn)為這個(gè)矩陣精確到5～10 m。
表4PZ-90采用的大地測(cè)量常數(shù)和橢球參數(shù)

地球自轉(zhuǎn)速率	7.292115×10-5 rad/s
地球引力常數(shù)	398600.44×109 m3/s2
地球大氣引力常數(shù)	0.35×109 m3/s2
光速	299792458 m/s
地球長(zhǎng)半軸	6378136 m
地球扁率	l/298.257839303
赤道上重力加速度	978032.8 mgal
海平面上由大氣引起的重力加速度改正	-0.9 mgal
二階帶諧項(xiàng)系數(shù)	1082625.7×10-9
四階帶諧項(xiàng)系數(shù)	-2370.9×10-9
參考橢球面上的正常重力位	62636861.074 m2/s2

在時(shí)間基準(zhǔn)方面，GLONASS同時(shí)提供GLONASS系統(tǒng)時(shí)（保存在莫斯科）和UTC（SU）（保存在莫斯科附近門德列夫的全聯(lián)邦物理、技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)測(cè)量研究所）。UTC(SU)與國(guó)際計(jì)量局和歐洲的協(xié)作得到進(jìn)一步加強(qiáng)。在2007年全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)（GNSS ICG）會(huì)議上俄國(guó)的報(bào)告顯示GLONASS系統(tǒng)時(shí)與UTC（SU）的時(shí)間誤差為6ns（最大為120ns）。
2.3 Galileo系統(tǒng)兼容與互操作設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
在信號(hào)體制方面，Galileo系統(tǒng)很好地與GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兼容性與互操作，雙方在2004年6月26日于愛爾蘭召開的EU-U.S.政府首腦會(huì)議上就Galileo和GPS的問(wèn)題達(dá)成了一致意見，簽署了《關(guān)于促進(jìn)、提供和使用Galileo與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用的協(xié)議》和《GPS/Galileo兼容性分析參考假設(shè)》、《GPS/Galileo無(wú)線電頻率兼容性分析》、《GPS/Galileo時(shí)間偏置初步接口定義》、《GPS與Galileo信號(hào)結(jié)構(gòu)》等附件。在US/EU的協(xié)議中，已就兩個(gè)系統(tǒng)的定時(shí)和測(cè)地標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致，就Galileo開放式服務(wù)和公共特許服務(wù)信號(hào)結(jié)構(gòu)也達(dá)成了一致。當(dāng)前，Galileo E5a和E2-L1-E1信號(hào)分別具有與GPS L5及現(xiàn)代化的L1C信號(hào)（GPS III）相同的調(diào)制方式和載波頻率，如如表5與圖3所示。
表5Galileo信號(hào)^[11]

中心頻率 （MHz）	信號(hào)		調(diào)制方式	碼型	碼長(zhǎng)	帶寬（MHz）	服務(wù)
E1（1575.42）	E1B		CBOC(6,1,1/11)	存儲(chǔ)碼	4092	24.552	OS/CS/SoL
	E1C				4092×25
	E1A		BOCcos(15,2.5)	未公開	未公開	35.805	PRS
E5（1191.795）	E5	E5a-I	AltBOC(15,10)	Gold	10230×20	51.15	OS/CS/SoL
		E5a-Q			10230×100
		E5b-I			10230×4
		E5b-Q			10230×100
E6（1278.75）	E6A		BOCcos(10,5)	未公開	未公開	40.92	PRS
	E6B-I		BPSK-R(5)	存儲(chǔ)碼	4092	5.115	CS
	E6B-Q				4092×25

在坐標(biāo)基準(zhǔn)方面，GALILEO系統(tǒng)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)是基于GALILEO地球參考框架(GTRF) 的ITRF-96大地坐標(biāo)系，其幾何定義為：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向IERS推薦的協(xié)議地球原點(diǎn)(CTP)方向，X軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線交點(diǎn)，Y軸滿足右手坐標(biāo)系。WGS-84和GTRF的誤差預(yù)計(jì)是在幾厘米的量級(jí)。這就意味著WGS-84和GTRF在實(shí)現(xiàn)的精度范圍內(nèi)是一樣的（即坐標(biāo)參考基準(zhǔn)是互相兼容的）。對(duì)于大多數(shù)用戶的需求來(lái)說(shuō)，這種精度就足夠了。
在時(shí)間基準(zhǔn)方面，Galileo系統(tǒng)時(shí)（GST）以1秒為模， GST建立在一種時(shí)間預(yù)報(bào)上，這一預(yù)報(bào)通過(guò)一個(gè)外部的Galileo時(shí)間服務(wù)供應(yīng)商從許多UTC實(shí)驗(yàn)室獲得。在任意一年的時(shí)間間隔內(nèi)GST與TAI（國(guó)際原子時(shí)）的時(shí)間偏差規(guī)定為小于50ns（95％）。配備了Galileo授時(shí)接收機(jī)的用戶在任意24小時(shí)的工作中都能夠以30ns（95％）精度來(lái)預(yù)測(cè)UTC時(shí)間。
2.4 Compass系統(tǒng)兼容與互操作設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
已經(jīng)建成的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，采用雙星定位方式，是一種區(qū)域性的RDSS系統(tǒng)?？臻g部分由2顆地球靜止衛(wèi)星和1顆備份衛(wèi)星組成。工作于衛(wèi)星無(wú)線電定位業(yè)務(wù)頻段，上行為L(zhǎng)頻段（中心頻率為1615.68MHz），下行為S頻段（中心頻率為2491.75MHz）。隨后又進(jìn)行了BD2的設(shè)計(jì)與實(shí)施，空間段采用5顆GEO衛(wèi)星和30顆NGEO衛(wèi)星組成，2008年Inside GNSS公布了Compass信號(hào)初步方案^[12]，2009年7月，在ICG會(huì)議上中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位應(yīng)用管理中心（CNAGA）公布了Compass信號(hào)最新方案^[13]。如表 6和圖 4所示。
表 6 Compass信號(hào)

中心頻率(MHz)		信號(hào)	調(diào)制方式	碼長(zhǎng)*	帶寬（MHz）	服務(wù)
BD-2	B1 (1575.42)	B1-CD	MBOC	4092	30.69	OS
		B1-CP
		B1-AD	BOC(14,2)	20460	32.736	AS
		B1-AP
	B2 (1191.795)	B2aD	AltBOC(15,10)	10230×20	51.15	OS
		B2aP
		B2bD
		B2bP
	B3 (1268.52)	B3	QPSK(10)	10230	20.46	AS
		B3-AD	BOC(15,2.5)	1023×25	40.92	AS
		B3-AP

*表示為假設(shè)值
在坐標(biāo)基準(zhǔn)方面在，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)坐標(biāo)系采用CGS2000，屬于協(xié)議地球參考系。它的定義遵循IERS技術(shù)草稿21定義協(xié)議地球坐標(biāo)系的法則。CGS2000參考橢球四個(gè)基本常數(shù)是：
表7PZ-90 CGS2000參考橢球四個(gè)基本常數(shù)

長(zhǎng)半軸	a=6378137.0 m
地球引力常數(shù)(包含大氣層)	GM=3986004.418×108 m3sec-2
橢球扁率的倒數(shù)	1/f=298.257222101
地球自轉(zhuǎn)角速度	ω=7292115.0×10-11 rad sec-1

CGS2000坐標(biāo)系還包括GRS80橢球基本常數(shù)導(dǎo)出的一些物理、幾何常數(shù)，如二階帶諧項(xiàng)系數(shù)、橢球半短軸、第一偏心率、參考橢球的正常重力位、赤道上的正常重力等，CGS2000的橢球重力計(jì)算公式，CGS2000的地球引力位模型，CGS2000的大地水準(zhǔn)面等。
在時(shí)間基準(zhǔn)方面，COMPASS時(shí)間（BDT）起始點(diǎn)選為2006年1月1日UTC零點(diǎn)，秒長(zhǎng)取為國(guó)際單位制SI秒，仍然是一個(gè)連續(xù)的時(shí)間系統(tǒng)；
在系統(tǒng)層面上，基于政治因素和國(guó)家安全方面的考慮，我國(guó)在Compass-1號(hào)（Compass第一代）衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中僅僅研究了如何使Compass-1信號(hào)與其它導(dǎo)航系統(tǒng)和無(wú)線電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)譜分離，并沒有考慮互操作性，因?yàn)楫?dāng)時(shí)也沒有這種需求。
最近兩年，我國(guó)的科研工作者為積極溶入國(guó)際GNSS大家庭做了許多工作，包括組織國(guó)際導(dǎo)航頻率協(xié)調(diào)研討會(huì)、參加全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)（GNSS ICG）會(huì)議、在國(guó)家科技研究課題中體現(xiàn)多模GNSS兼容與互操作研究?jī)?nèi)容等等。這些都表明我國(guó)在Compass衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，正深入開展多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容和互操作性研究。相信未來(lái)幾年會(huì)有大量研究成果出現(xiàn)。
2.5兼容性與互操作性的分析方法
從上世紀(jì)末本世紀(jì)初歐美就開始了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)兼容與互操作評(píng)估方法方面的研究，發(fā)表了大量文獻(xiàn)。
在兼容性分析評(píng)估方法方面：Godet J.首次分析了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的頻率兼容性^[14]，得出在滿足一定載噪比下降的條件下，Galileo信號(hào)與GPS信號(hào)同頻段是可行的。在伽利略信號(hào)初步確定后^[15]，又分析了Galileo與GPS間的信號(hào)兼容性^[16]。Owen R. 等人^[17]在分析GPS系統(tǒng)內(nèi)干擾時(shí)提出了最大集總信號(hào)功率的概念。文獻(xiàn)[18]提出理論分析的方法分析系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)間干擾。經(jīng)過(guò)多年的研究，歐美同意采用計(jì)算等效載噪比衰減值的方法來(lái)評(píng)估GPS與Galileo之間的兼容性，國(guó)際電信聯(lián)盟也于2007年出臺(tái)了“RNSS系統(tǒng)間干擾評(píng)估協(xié)調(diào)方法”（ITU-R M.1831）^[20]，用于各衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)間的頻率協(xié)調(diào)。此外，文獻(xiàn)[21]首次指出在分析GNSS系統(tǒng)間干擾對(duì)接收機(jī)影響時(shí)應(yīng)考慮采樣與量化的影響，并提出了一種分析模型。Soualle F.^[22][23]提出了碼跟蹤譜敏感系數(shù)的概念，用于評(píng)估干擾對(duì)碼跟蹤過(guò)程的影響。文獻(xiàn)[24]提出可以采用干擾誤差包絡(luò)（IEE）來(lái)評(píng)估干擾對(duì)不同GNSS信號(hào)的影響。Gisbert^[25]根據(jù)ITU-R M.1831文件中的方法，仿真分析了升級(jí)后的四大導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾。兼容性直接與信號(hào)接收處理過(guò)程相關(guān)，主要包括捕獲與跟蹤過(guò)程，國(guó)外在信號(hào)接收處理模型上也進(jìn)行了深入的研究。文獻(xiàn)[26]推導(dǎo)了單或雙駐留時(shí)間下平均捕獲時(shí)間表達(dá)式，文獻(xiàn)[27]針對(duì)室內(nèi)應(yīng)用信號(hào)的捕獲算法進(jìn)行了理論分析與比較，文獻(xiàn)[28]從捕獲角度評(píng)估了擴(kuò)頻碼兼容性。美國(guó)Betz教授等人奠定了衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)碼跟蹤理論，在2000年撰寫了兩篇影響深遠(yuǎn)的文章，可參見文獻(xiàn)[29]和文獻(xiàn)[30]。在此基礎(chǔ)上，Betz教授還分析了窄帶干擾^[32]、非白色高斯干擾^[33]對(duì)碼跟蹤精度的影響，并且在文獻(xiàn)[34]中對(duì)GPS軍用信號(hào)進(jìn)行了比較分析。Soellner等人^[35]分析了由于信號(hào)傳輸鏈路的線性或非線性效應(yīng)對(duì)碼跟蹤的影響。
在互操作評(píng)估方法方面：從目前的國(guó)際形勢(shì)來(lái)看還處于概念與評(píng)估方法研究的初期階段，還沒有形成一套成系統(tǒng)的互操作評(píng)估方法，只是在各關(guān)鍵技術(shù)中有所突破。例如，Maxwell S B Starr等人^[36]研究了GPS和GLONASS系統(tǒng)廣播軌道和時(shí)間模型的準(zhǔn)確性問(wèn)題，Clifford W. Kelley等人^[37]研究了GPS/GLONASS/GALILEO星座的協(xié)同工作問(wèn)題，H. Krag等人^[38]研究了GPS和GALILEO星座升交點(diǎn)赤經(jīng)（Right Ascension of Ascending Node，RAAN）的漂移問(wèn)題，德國(guó)航空宇航中心的Alexandre Moudrak等人^[39]研究了GPS/GALILEO時(shí)間漂移問(wèn)題。J. Hahn^[40]和A. Moudrak^[41]研究了GPS/GALILEO時(shí)間互操作問(wèn)題。Ganguly^[42][43]從接收機(jī)角度研究了GPS/GALILEO信號(hào)間的互操作性。Joseph^[44]分析了未來(lái)GNSS的互操作性。GALILEO集團(tuán)的Dellago^[45]研究了GALILEO系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)間的互操作性。Seynat^[46]等人對(duì)未來(lái)GNSS性能進(jìn)行了分析。Todd Richert和d Dr. Naser El-Sheimy^[47]分析了未來(lái)GNSS在精密載波相位定位時(shí)抗相位模糊的性能。
國(guó)內(nèi)關(guān)于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)兼容性與互操作評(píng)估技術(shù)的研究還相對(duì)薄弱，在基礎(chǔ)理論方面，唐祖平博士在碼跟蹤理論中進(jìn)行了探索性研究^[48][49]，文獻(xiàn)[50]從精度、抗干擾、抗多徑、兼容性四個(gè)方面初步給出了北斗導(dǎo)航信號(hào)性能評(píng)估結(jié)果，文獻(xiàn)[51]提出了一種可用于非白干擾環(huán)境下碼跟蹤精度分析方法，文獻(xiàn)[52]給出了BOC、BCS和MBOC的性能分析結(jié)果。文獻(xiàn)[53]分析了星上高功率放大器對(duì)導(dǎo)航信號(hào)偽碼跟蹤精度的影響，得出非線性失真對(duì)跟蹤性能的影響可以忽略不計(jì)。朱祥維等人^[54]定量研究了各階群時(shí)延對(duì)偽距測(cè)量的影響。在評(píng)估方法方面，近幾年也有研究人員開展了研究工作，主要集中于總裝研發(fā)中心、總參定位總站、北京航空航天大學(xué)、中國(guó)電科五十四所導(dǎo)航中心、華中科技大學(xué)和上海交通大學(xué)等幾家科研院所，也有一些文獻(xiàn)發(fā)表^[55]-[62]。
2.6 全球?qū)Ш叫l(wèi)星國(guó)際委員會(huì)會(huì)議
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)國(guó)際委員會(huì)（ICG）從成立之日起就是為了促進(jìn)國(guó)際GNSS的合作，所以ICG的所有會(huì)議和活動(dòng)可以說(shuō)都與GNSS兼容性密切相關(guān)。
2005年12月，聯(lián)合國(guó)外層空間事務(wù)處在維也納召開ICG成立國(guó)際會(huì)議。
2006年11月，ICG在維也納召開第一次會(huì)議。會(huì)議促進(jìn)了GNSS的使用，以支持可持續(xù)發(fā)展，尤其是發(fā)展中國(guó)家，同時(shí)也促進(jìn)了GNSS的兼容。
2007年9月5日至7日，ICG第二次會(huì)議在印度班加羅爾舉行。此次會(huì)議的一個(gè)重要進(jìn)展是成立了供應(yīng)商論壇，旨在推動(dòng)GNSS當(dāng)前和未來(lái)供應(yīng)商之間更大的兼容性。會(huì)議還專門舉辦了以GNSS兼容性為主題的研討會(huì)，制定了GNSS兼容性工作計(jì)劃，主要包括：1）組織一次（或多次）研討會(huì)，討論成為成員、準(zhǔn)成員和觀察員所需條件，旨在增進(jìn)全球或區(qū)域?qū)Ш教旎鶎?dǎo)航系統(tǒng)的兼容性，以及增進(jìn)地基差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的兼容性而正在采取的措施。2）制定ICG支持下的電磁干擾發(fā)現(xiàn)和減弱機(jī)制，同時(shí)考慮到現(xiàn)有的規(guī)范機(jī)制。
2008年12月8日至12日，ICG第三次會(huì)議在美國(guó)加州帕薩迪納召開。此次會(huì)議各方都提出了對(duì)兼容性的理解，但各方觀點(diǎn)存在較大分歧，歐盟和美國(guó)希望將兼容性應(yīng)包含系統(tǒng)授權(quán)信號(hào)與其他系統(tǒng)信號(hào)的頻譜分離，俄羅斯則主張弱化兼容與頻譜分離關(guān)系，日本表示支持美國(guó)的觀點(diǎn)。最終，初步完成了對(duì)兼容性原則與定義的修改。
2009年9月14日至18日，ICG第四次會(huì)議在圣彼得堡召開。各方又就兼容性問(wèn)題進(jìn)行了討論，提出“工作組將特別審議現(xiàn)有的與消除有害干擾有關(guān)的ITU規(guī)則與建議書，尋求在確定所有GNSS系統(tǒng)兼容的合適方法上達(dá)成共識(shí)；在必要時(shí)，通過(guò)合適的機(jī)制提出新的方案以供ITU考慮，進(jìn)一步保護(hù)影響所有GNSS噪聲背景環(huán)境以及確定GNSS供應(yīng)商用來(lái)確保兼容的方法”。
2010年10月18日至22日，ICG第五次會(huì)議在意大利都靈召開，會(huì)議由歐盟與意大利聯(lián)合主辦，工作組A會(huì)議繼續(xù)圍繞著兼容與互操作、開放服務(wù)與信息分發(fā)等方面進(jìn)行討論。其中，盧鋆博士作了題為“北斗對(duì)多邊兼容討論的觀點(diǎn)”，通過(guò)算例分析闡明了北斗的觀點(diǎn)與立場(chǎng)，并提出了后續(xù)討論建議。

3、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)與建議

3.1 未來(lái)多模信號(hào)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
從全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，民用L頻段信號(hào)間的干擾已不可避免，而且隨導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)量和服務(wù)類型的增加，系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)干擾還會(huì)進(jìn)一步加劇。發(fā)達(dá)國(guó)家已就導(dǎo)航信號(hào)的兼容和互操作性問(wèn)題展開多輪談判，并簽署了若干協(xié)議。為了最大可能減少系統(tǒng)間干擾，在民用信號(hào)領(lǐng)域，類似的協(xié)議還將出現(xiàn)，多模導(dǎo)航信號(hào)很有可能形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。例如：GPS和Galileo系統(tǒng)都將在L1頻段播發(fā)MBOC信號(hào)，采用幾乎相同的信號(hào)體制，并將其作為未來(lái)民用主流信號(hào)。GPS的L5信號(hào)與Galileo的E5a信號(hào)是兼容且互操作的。而GLONASS也在未來(lái)的現(xiàn)代化計(jì)劃中考慮了L1CR信號(hào)和L5R信號(hào)，分別與L1（1575.42MHz）和L5（1176.45MHz）信號(hào)實(shí)現(xiàn)兼容與互操作。顯然，L1（1575.42MHz）和L5（1176.45MHz）兩個(gè)頻段處的信號(hào)體制很有可能形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
3.2 多模兼容和互操作基礎(chǔ)上提高導(dǎo)航信號(hào)的性能
在兼容和互操作前提下，如何設(shè)計(jì)信號(hào)才能使導(dǎo)航系統(tǒng)具有更高的精度、更好的抗多徑和抗干擾能力是導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。通過(guò)采用新的調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)功率譜譜峰遠(yuǎn)離中心頻率，一方面可以最大程度減少與原有信號(hào)的干擾，另一方面通過(guò)改變Gabor帶寬減小了接收機(jī)碼跟蹤誤差。在多模兼容基礎(chǔ)上提高導(dǎo)航信號(hào)的性能是導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。
3.3 多模終端是未來(lái)應(yīng)用的主流設(shè)備
顯而易見，GNSS的互操作能夠帶來(lái)導(dǎo)航、定位和授時(shí)性能的顯著提高。寬帶天線技術(shù)、高性能射頻前端技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展以及高速多核并行處理器的出現(xiàn)使多模GNSS信號(hào)接收機(jī)的小型化和廣泛使用成為可能。未來(lái)幾年內(nèi)，在民用領(lǐng)域，多模GNSS接收機(jī)將逐步取代單模、單碼接收機(jī)，成為導(dǎo)航接收終端設(shè)備的主流。


參考文獻(xiàn)
[1]    Dellago R.,Detoma E.,Luongo F..Galileo-GPS Interoperability And Compatibility: A Synergetic Viewpoint. Portland, ION GPS/GNSS 2003:542-548
[2]    李躍, 邱致和. 導(dǎo)航與定位－信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的北斗星[M]. 第二版. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2008: 112-147, 327-383頁(yè)
[3]    陳向東, 許來(lái)玲. GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)體制的發(fā)展和設(shè)計(jì)比較研究[J]. 全球定位系統(tǒng), 2006, 4:18-20,25頁(yè)
[4]    馬芮, 孔星煒. GNSS系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 現(xiàn)代防御技術(shù), 2008, 36(2):73-77頁(yè)
[5]    Bolt T. The nest generation GPS IIF-1 Satellite sends 1st signals from space [EB/OL].http://www.armybase.us/2010/05/the-next-generation-global-positioning-system-gps-iif-1-satellite-sends-1st-signals-from-space, 2010-05-28
[6]    Hein G. W., Rodriguez J.A.A.,Wallner S.,ect..MBOC: The New Optimized Spreading Modulation Recommended for Galileo L1 OS and GPS L1C. www.insidegnss.com may/june2006
[7]    GPS Joint Program Office. GPS Interference Specification. IS-GPS-200[S]. Revision D, IRN-200D-001. EI Segundo: CES, 2006
[8]    GPS Joint Program Office. GPS Interference Specification. IS-GPS-705[S]. EI Segundo: CES, 2003
[9]    GPS Joint Program Office. GPS Interference Specification. IS-GPS-800[S]. EI Segundo: CES, 2007
[10] Coordination Scientific Information Center. GLONASS Interface Control Document[S]. Moscow, 1998
[11] ESA. Galileo OS SIS ICD[S]. Draft 1, Galileo Joint Undertaking, 2008
[12] Inside gnss. China Adds Details to Compass(Beidou II) Signal Plans[EB/OL]. http://www.insidegnss.com/node/803, 2008
[13] CNAGA. COMPASS View on Compatibility and Interoperability[EB/OL]. http://www.unoosa.org/pdf/icg/2009/workgroupinterop/04.pdf, 2009
[14] Godet J. GPS/Galileo Radio Frequency Compatibility Analysis. ION GPS 2000. Alexandria, VA: ION, 2000:1782-1790P
[15] Hein G.W., Godet J., Issler J.L., et al. Status of Galileo Frequency and Signal Design. ION GPS 2002, Alexandria, VA: ION, 2002:266-277P
[16] Godet J., De Mateo J.C., Erhard P., et al. Assessing the Radio Frequency Compatibility between GPS and Galileo. ION GPS 2002, Alexandria, VA: ION, 2002:1260-1269P
[17] Owen R., Goldstein D.B., Hegarty C. Modeling Maximum Aggregate GPS Signal Power Levels for GPS Self-Interference Analyses. ION NTM 2002, Alexandria, VA: ION, 2002:939-947P
[18] Van Dierendonck A.J., Hegarty C. Methodologies for Assessing Intrasystem and Intersystem Interference to Satellite Navigation Systems. ION GPS 2002, Alexandria, VA: ION, 2002:1241-1250P
[19] Van Dierendonck A.J., Hegarty C., Pullen S. A More Complete and Updated Methodology for Assessing Intrasystem and Intersystem Interference for GPS and Galileo. ION GPS 2003, Alexandria, VA: ION, 2003:1484-1493P
[20] ITU. A Coordination Methodology for RNSS Inter-system Interference Estimation.http://webs.uvigo.es/servicios/biblioteca/uit/rec/M/R-REC-M.1831-0-200710-I!!PDF-E.pdf , 2007
[21] Betz J.W., Shnidman N.R. Receiver Processing Losses with Bandlimiting and One-Bit Sampling. ION GNSS 2007. Alexandria, VA: ION, 2007:1244-1256P
[22] Soualle F. Introduction an Additional Radio Frequency Compatibility Criterion for Code Tracking Performance. 2nd Workshop on GNSS Signals and Signal Processing, 2007
[23] Soualle F. Radio Frequency Compatibility Criterion for Code Tracking Performance. ION GNSS 2007, Alexandria, VA: ION, 2007: 1201-1210P
[24] Motella B., Savasta S., Margaria D., et al. An Interference Impact Assessment Model for GNSS Signals. ION ITM 2008, Alexandria, VA: ION, 2008: 900-908P
[25] Gisbert J.V.P. Interference Assessment using up to Data Public Information of Operating and Under Development RNSS Systems. Oberpfaffenhofen, DLR, 2009
[26] Holmes J.K. 梁振興, 蔡開基（譯）. 相干擴(kuò)展頻譜系統(tǒng). 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1991: 468-549頁(yè)
[27] Avila-Rodriguez J.A., Heiries V., Pany T. et al. Theory on Acquisition Algorithms for Indoor Positioning. Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation System, Saint Peterburg, 2005: 1-10P
[28] Soualle F., Wendel J. Proposition for a Simple and Representative Radio Frequency Compatibility Criterion for Spreading Code Acquisition. Oberpfaffenhofen, DLR, 2009
[29] Betz J.W., Kolodziejski K.R. Generalized Theory of Code Tracking with an Early-late Discriminator, Part1: Lower Bound and Coherent Processing. IEEE Transactions on Aerospace Electronics and Systems, 2009, 45(4): 1538-1550P
[30] Betz J.W., Kolodziejski K.R. Generalized Theory of Code Tracking with an Early-late Discriminator, Part2: Noncoherent Processing and Numerical Results. IEEE Transactions on Aerospace Electronics and Systems, 2009, 45(4): 1557-1564P
[31] Betz J.W., Kolodziejski K.R. Extended Theory of Early-Late Code Tracking for a Bandlimited GPS Receiver. Navigation, 2000, 47(3): 211-226P
[32] Betz J.W. Effect of Narrowband Interference on GPS Code Tracking Accuracy[A]. ION NTM 2000. Alexandria, VA: ION, 2000:16-27P
[33] Betz J.W. Kolodziejski K R. Effect of Non-White Gaussian Interference on GPS Code Tracking Accuracy. The MITRE Corporation Technical Report MTR99B21R1, 1999
[34] Betz J.W. Design and Performance of Code Tracking for the GPS M Code Signal. ION GPS 2000. Alexandria, VA: ION, 2000:2140-2150P
[35] Soellner M. Kohl R. Luetke W., et al. The Impact of Linear and Non-linear Signal Distortions on Galileo Code Tracking Accuracy. ION GPS 2002. Alexandria, VA: ION, 2002:1270-1280P
[36] A Long-Term Statistical Analysis of the Accuracy of GPS and GLONASS Broadcast Orbit and Clock Models, Maxwell S B Starr, Matthew D Powe, John I R Owen, ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA
[37] GNSS - Coordinating the GPS-Galileo-GLONASS Constellations, Clifford W. Kelley ，Kenneth F. Davis ,Daniel M. Nguyen, ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA
[38] H. Krag, A. Leonard, P. Ranaudo, E. Blomenhofer. Global Implications of GPS and Galileo RAAN Drifts on GNSS Performance. ION GPS/GNSS 2003, 9-12 September 2003, Portland, OR
[39] Alexandre Moudrak. GPS Galileo Time Offset: How It Affects Positioning Accuracy and How to Cope with It. ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA
[40] J. Hahn and E. Powers, GPS and Galileo Timing Interoperability, Proceedings of GNSS 2004 (CDROM),2004
[41] A. Moudrak et al., Determination of GPS/Galileo Time Offset to Support System Interoperability,Proceedings of GNSS 2004 (CD-ROM), 2004
[42] Suman Ganguly,Aleksandar Jovancevic, Joseph Noronha, Interoperability Between GPS and Galileo,ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA
[43] Suman Ganguly, Aleksandar Jovancevic, Interoperability Study Between GPS and Galileo Signals, ION GPS/GNSS 2003, 9-12 September 2003, Portland, OR
[44] Mr. Joseph P. Lortie, Jr., Future GNSS Architecture:Interoperability or Compatibilityb Between Systems What is the Prudent Course to Pursue, ION GPS 2000, 19-22 September 2000, Salt Lake City, UT
[45] R. Dellago, E. Detoma, F. Luongo , Galileo-GPS Interoperability And Compatibility: A Synergetic Viewpoint, ION GPS/GNSS 2003, 9-12 September 2003, Portland, OR
[46] C.Seynat, A. Kealy, K. Zhang,A Performance Analysis of Future Global Navigation Satellite Systems, The 2004 International Symposium on GNSS/GPS Sydney, Australia 6-8 December 2004
[47] Todd Richert and Dr. Naser El-Sheimy .The Impact of Future Global Navigation Satellite Systems on Precise Carrier Phase Positioning. ION GNSS 17th International Technical Meeting of the Satellite Division, 21-24 Sept. 2004, Long Beach, CA
[48] 唐祖平. GNSS信號(hào)設(shè)計(jì)與評(píng)估若干理論研究[D].武漢: 華中科技大學(xué),2009
[49] 唐祖平,胡修林,黃旭方. 衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)中的抗多徑性能分析[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)業(yè)報(bào), 2009, 37(5):1-4頁(yè)
[50] 唐祖平, 周鴻偉, 胡修林等. Compass導(dǎo)航信號(hào)性能評(píng)估研究[J]. 中國(guó)科學(xué), 2010, 40(5):592-602頁(yè)
[51] 唐祖平, 胡修林, 黃旭方. 現(xiàn)代化的GPS新民用信號(hào)L1C碼跟蹤性能分析[J]. 電訊技術(shù), 2009,(1): 1-7頁(yè)
[52] 黃旭方, 胡修林, 陳曉翔. BOC、MBOC和CBCS三種子載波調(diào)制方式的性能分析[J].電訊技術(shù), 2008, 48(10):63-68頁(yè)
[53] 黃旭方, 胡修林, 唐祖平. 星上高功率放大器對(duì)導(dǎo)航信號(hào)功率譜和偽碼跟蹤精度的影響[J]. 電子學(xué)報(bào), 2009, 37(3):640-645頁(yè)
[54] 朱祥維, 孫廣富, 雍少為等. 相位非線性畸變對(duì)GPS偽距測(cè)量的影響[J]. 國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 30(6):101-106頁(yè)
[55] 李建文, 李作虎, 郝金明, 等. GNSS 的兼容與互操作初步研究[J]. 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào), 2009. 26(3): 178-180頁(yè)
[56] 莊新彥,趙曉東,譚述森,等. Compass系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)L1頻段信號(hào)干擾仿真分析[J]. 測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2009, 26(3): 216-219頁(yè)
[57] 莊新彥, 郭莉莉. Compass B2a 與GPS L5信號(hào)間干擾仿真分析[J]. 全球定位系統(tǒng), 2009, 17-20頁(yè)
[58] 黃旭方. GNSS無(wú)線頻率兼容及高功放非線性效應(yīng)影響的研究[D]. 華中科技大學(xué), 2009
[59] 黃旭方. GPS L1頻段上的系統(tǒng)內(nèi)干擾的研究[J]. 宇航學(xué)報(bào), 2010, 31(10):2402-2406頁(yè)
[60] 黃旭方, 胡修林, 唐祖平等. 導(dǎo)航系統(tǒng)中短碼受到系統(tǒng)內(nèi)干擾的分析方法[J]. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2009,37(3):46-49頁(yè)
[61] 冉一航, 胡修林, 劉禹圻等. Compass系統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)的兼容性研究[J]. 中國(guó)科學(xué): 物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué), 2010, 40(5):676-684頁(yè)
[62] 莊新彥, 趙曉東, 郭莉莉. Compass、GPS和Galileo系統(tǒng)集總增益系數(shù)仿真分析[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2009,(9):95-97頁(yè)