美国截获中国北斗二号卫星系统的信号分析结果曝光

美国截获中国北斗二号卫星系统的信号分析结果曝光


zt



　　中国的北斗2系统已经发射了几颗卫星，作为从事卫星导航定位的专业人员，我一直在关注国内外的反应。这两天从InsideGNSS杂志看到两篇关于北斗2的文章，于是介绍到这里来给众友透透气。

　　首先值得注意的是最近一期InsideGNSS杂志的封面，很明显可以看出这一期对中国北斗系统的关注。五星红旗作背景，上书四个大字：BreakingtheWaves,Compass.其中Compass就是中国北斗的对外译名。翻译成北斗，波澜再起，不知是否恰当？另外昨天俺才注意到InsideGPS杂志的付标都变成GPS|GALILEO|GLONASS|COMPASS,以前一直是GPS|GALILEO|GLONASS，看来北斗终于进入编辑们的法眼了。咱中国人做事向来低调，悄末声地就整出个大动作吓人一跳，就像N年的导弹打卫星。在北斗这件事上也是如此，按说那么多卫星都已经上去了，这ICD（InterfaceControlDocument)文档应该公开了吧。虽然北斗信号格式里肯定有军用保密信号，但一定也有民用信号，否则商用导航定位市场这一块大蛋糕可就没了。就像美国GPS一样，其ICD文档就对C/A码信号格式有详细地描述。可是北斗的公开官方文档一直没有。

　　这个月的InsideGNSS就有两篇学术文章，一篇是Stanford大学的研究人员发表的，一篇是欧洲Septentrio公司的研究人员发表的，分别如下，

GNSSoverChinaTheCompassMEOSatelliteCodesGraceXingxinGao,AlanChen,ShermanLo,DavidDeLorenzo,andPerEnge（PerEnge可是GPS领域的大牛，得过开普勒奖的说。）MoreCompassPointsTrackingChina\'sMEOSatelliteonaHardwareReceiverWimDeWilde,FrankBoon,J-MSleewaegen,andFrankWilms斯坦福的那篇文章作者中有两个华裔研究人员，其中GraceGao还是个清华美女，没准就在这里，所以俺说话可要小心了。斯坦福的那篇文章主要工作是截获了中国卫星信号中的伪随机码，并给出了码结构和基本的生成多项式。学过CDMA的河友都知道伪随机码在扩频通信中的重要性。扩频信号的捕获和跟踪必须以伪随机码的产生为前提。以前在学校念书时候，教授讲解扩频通信的时候曾提到国外有种仪器，接收到发送的CDMA信号，就能在5-6秒内给出该信号的伪随机码的生成多项式。

　　当时感觉很是神奇，但一直不知其所以然，这次这篇文章正好需要解决这个问题，所以就留心仔细拜读。基本思想还是比较巧妙，大致思路是利用接受到的信号和自身作相关，这和常规的相关的区别是：接收到的信号包含信号和噪声，而本机产生的伪码信号则没有噪声。所以这个方法只有在接收到的信号载噪比（CN0）足够大的时候才能观察到明显的相关峰。仔细看他们的接收装置也证明了这一点，天线是一个口径1.8米的大锅天线，闲聊一句，鲁皮现在用的接收机用的天线是13mmX13mm的贴片天线。光这个巨型天线就能提供2到3个数量级的增益（20-30分贝）。

　　找到相关峰以后，根据正相关峰还是负相关峰就能得到调制的数据比特的符号。把这个正负号去掉后就得到连续波信号，至此在对多个周期的信号作累加平均，把信号增强，同时削弱噪声，就得到010101的伪随机码，知道了伪随机码的周期，码子，就能得到其生成多项式。基本思想就是这样，当然中间还有许多细节问题需要考虑，比如载波多普勒平移的消除。但不是学术讨论的地方就不多赘述了。Septentrio的文章就更进一步了，他们已经利用他们的一台软件GNSS接收机实现了对北斗信号的跟踪（tracking），北斗的导航电文已经被解调下来。这意味着只要有多于4颗星的信号，并且知道导航电文的数据定义，就可以用来实现定位了。

　　根据他们的结果，北斗的信号强度在E2(1561.1MHz)比目前GPS信号强度要高差不多7dB。7个dB呀，这是个多么诱人的指标，要知道鲁皮现在每天苦苦挣扎的也就是为了2个dB。如果能给GPS信号增强7个dB，俺的life就easy了很多F。

　　其实最早对北斗信号进行研究的是CNES（CentreNationaldétudesSpatiales，theFrenchSpaceAgency)的研究人员。中国的卫星13号上天，他们在10天以后，也就是23号就采集了北斗的信号并进行分析，基本上分析了一溜儿够。不能不佩服国外同行的行业敏感性。