前言

众所周知，全球导航卫星系统（GNSS）由空间段、地面段和用户段组成，这3个部分通过多种无线电链路或光学链路有机地构成一个整体。卫星导航信号是一个由空间段播发的无线电广播信号，是全球导航卫星系统中唯一一个在空间段、地面段和用户段之间建立联系的重要桥梁，拥有十分重要的地位。信号体制是卫星导航系统技术体制中最重要的组成部分之一，关系到定位、授时和测速等基本功能，以及定位测速授时精度、兼容和互操作性、保密性、抗干扰能力等技术指标的实现。一个设计合理、性能完善的信号体制，在全球导航卫星系统中有非常重要的位置。

随着四大GNSS系统、日本QZSS、印度IRNSS及多种星基增强系统（SBAS）的不断发展，L波段（1164～1610MHz）导航信号在2030年预计将超过400个，空间在轨导航卫星将多达160颗，这些导航信号的中心频点完全重合或者非常接近，各系统信号间的射频干扰已不可避免，必然引起L波段GNSS信号的兼容性问题。频谱重用和开发新的频谱资源是解决该问题的主要手段。国际电信联盟（ITU）将S波段（2483.5～2500MHz）和C波段（5010～5030MHz）分配给导航业务，由于S波段16.5MHz的带宽较窄，单一S波段信号难以超越L波段信号的性能，但S波段与L波段的信号组合可以提升无线电导航卫星服务（RNSS）的综合性能。虽然C波段导航资源有限，但多个国家已表明要开发和利用C波段的意图，S波段和C波段为未来GNSS信号的设计提供了新选择。

与单一频点的卫星导航相比，多频卫星导航可以缩短模糊度初始化时间，有效提高定位精度及可靠性，已成为高精度卫星定位的发展方向。目前卫星导航局限在L波段上多频，随着S波段和C波段对卫星导航业务的开放，多频还可以采用大间隔的多波段多频。它更有利于消除频变误差，有利于快速求解模糊度，有利于抗干扰，有利于与通信系统的融合和互补。当前，探索一种能够满足各波段兼容性约束要求的通用调制波形是多波段联合导航信号体制设计的紧迫任务，通用调制方案有助于降低多模接收机的设计复杂度，其基带处理部分可以实现多信号共用，易于硬件集成，对多波段联合导航的推广和应用具有积极意义。

连续相位调制（CPM）是一种包络恒定、相位连续、功率效能与频带效能都较高的调制方案，特别适用于采用非线性功率放大器且功率和带宽均受限的卫星通信系统和卫星导航系统。值得注意的是，CPM是一类多参数可配置的调制集合，其参数调整灵活、信号储备丰富，通过对调制参数的合理配置，可满足各波段的兼容性要求，具备多波段多频点的部署能力，是多波段联合导航信号中具有竞争力的调制方案之一。

本书以多波段大间隔的多频导航为背景，分析和汇总国内外先进卫星导航信号体制的设计理论和技术成果，研究频率结构、信号波形、扩频码、信道编码、捕获与跟踪等关键组成要素，基于CPM设计多波段卫星导航信号体制，引入GNSS信号质量综合评估方法，从码跟踪精度、抗干扰、抗多径、兼容性4个方面分析调制波形对信号性能的影响。对上述内容的研究将有助于提高卫星导航定位精度、实时性及鲁棒性，降低终端的硬件复杂度，促进新导航波段资源的开发与利用，拓展多波段卫星导航信号体制的设计方法，为现有GNSS的技术升级和下一代卫星导航信号的设计提供新思路和可行性论证，并为其推广应用奠定理论和技术基础。

本书内容比较充分地反映了近年来卫星导航信号体制与设计领域的新思想与新技术，同时融合了作者在信号设计方面多年来的研究成果。本书在行文上以多波段卫星导航信号体制设计为主线，深入讨论了卫星导航信号结构及各组成要素的设计思想、设计理论、最新研究成果，是一本理论与实践并重的著作，可以作为卫星导航信号设计及相关领域科技工作者的参考书，也可以作为高等院校相关专业研究生和教师的教材或扩展阅读材料。

本书的研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（No.61873070）、国家自然科学基金青年项目（No.61403093）、天地一体化信息技术国家重点实验室开放基金（No.2015_SGIIT_KFJJ_DH_03）、黑龙江省高精度卫星导航及海洋应用重点实验室开放基金（No.HKL-2020-Y03）及中央高校基本科研业务费专项基金（No.HEUCFM180803）的资助，在此表示感谢！本书是黑龙江省高精度卫星导航及海洋应用重点实验室集体智慧的结晶，特别感谢赵琳教授、程建华教授长期以来给予的指导和帮助！感谢高敬鹏、佟宁宁、徐锡超、魏强、曹庆铭、熊洋等教师和同学对本书的完成做出的有益贡献！感谢王同、赵明非、谢明明、阮宏颖、刘靖、吴康然、王勇超、吴泳锋、杨路敏、谢广顺等同学对本书的校对所付出的宝贵时间和精力！

本书在编写过程中参阅的国内外文献和书籍均列于各章的参考文献中，在此向作者们表示衷心的感谢！感谢电子工业出版社给予我们的大力帮助，其为本书的出版提供了有力的支持和保证。

限于作者的知识水平和时间，书中难免有不妥和疏漏之处，恳请读者批评指正。

薛睿

2020年4月