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Beidou Satellite Navigation System (BDS) navigation receiver has the functions of Positioning, Navigation, and Timing (PNT) and message communication, and has been widely used in various industries. Under the background of the smooth transition from BDS-2 regional system to BDS-3 global system, its influence on the service performance of the navigation receiver and countermeasures are studied. The differences between BDS-2 and BDS-3 in signal type, signal system, constellation scale and service performance are compared, and the specific manifestations and state change trends of BDS smooth transition are expounded. The impact of the smooth transition of BDS on the service performance of navigation receiver is analyzed emphatically, including navigation and positioning, message communication and anti-suppression-jamming ability. The simulation results show that the RDSS message communication service can still be used normally during the smooth transition period of BDS-2 receiver ( PRN01～37). With the progressive retirement of BDS-2 satellite, the number of satellites available in space will gradually decrease from 33 to 18, the average number of satellites visible worldwide will decrease from 11.62 to 6.31, the average Geometric Dilution Precision (GDOP) value will increase from 2.00 to 3.15, and the continuous availability of services will decrease from 93% to 46.46%, which will affect the positioning accuracy and service range. When the power of BDS-3 satellite is enhanced, the navigation receiver can obtain 7～15 dB improvement in anti-suppression-jamming ability. According to the different application scenarios of the navigation receiver, the corresponding countermeasures are given to weaken or eliminate the impact, so that the navigation receiver can continuously provide reliable services for users during the smooth transition of the BDS. The research results can provide reference for the design, development and application of BDS navigation receivers.

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北斗卫星导航系统（BeiDou Satellite Navigation System，BDS）接收机具备定位、导航、授时（Positioning，Navigation and Timing，PNT）和报文通信功能，在各行业中得到广泛应用。以北斗二号（BDS-2）区域系统向北斗三号（BDS-3）全球系统平稳过渡为背景，研究其对导航接收机服务性能影响及应对措施。通过对比BDS-2与BDS-3系统在信号类型、信号体制、星座规模和服务性能等方面的差异，阐述BDS平稳过渡的具体表现形式和状态变化趋势。重点分析BDS平稳过渡对导航接收机报文通信、导航定位、抗压制干扰等服务性能产生的影响。仿真结果表明，BDS-2接收机（PRN01～37）在平稳过渡期间，RDSS报文通信服务仍可正常使用；随着BDS-2卫星的陆续退役，空间可用卫星数将逐渐由33颗减少到18颗，全球范围内平均可见卫星数由11.62颗减少至6.31颗，平均几何精度因子（Geometric Dilution Precision，GDOP）值由2.00增加至3.15，服务连续可用性由93%降低到46.46%，定位精度和服务范围均受到影响；BDS-3卫星实施功率增强时，导航接收机可获得7～15 dB的抗压制干扰能力提升。针对导航接收机不同应用场景分别给出减弱或消除影响的应对措施，使导航接收机在BDS平稳过渡期间能够持续为用户提供可靠服务。研究成果可为北斗导航接收机的设计、研制和应用提供参考。

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吕志成 男，（1982—），博士，副研究员。主要研究方向：卫星导航建模仿真与测试评估技术。

高沙沙 男，（1986—），工程师。主要研究方向：卫星导航集成应用与试验验证技术。

张悦 男，（1989—），工程师。主要研究方向：卫星导航终端安全运用与维护保障。

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吕志成 男，（1982—），博士，副研究员。主要研究方向：卫星导航建模仿真与测试评估技术。

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高沙沙 男，（1986—），工程师。主要研究方向：卫星导航集成应用与试验验证技术。

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张悦 男，（1989—），工程师。主要研究方向：卫星导航终端安全运用与维护保障。

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张悦 男，（1989—），工程师。主要研究方向：卫星导航终端安全运用与维护保障。

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figureFileBig=ZG808139p5WJN2nRkhWu5w==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856533659792254, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Fig.5, caption=Global system service performance analysis of Scenario 4, figureFileSmall=TFF7je0ujeOLoeb6kCNvKA==, figureFileBig=hMwkkayykzbor5zb8MlqOQ==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856533735289730, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=图5, caption=场景四全球范围系统服务性能分析, figureFileSmall=TFF7je0ujeOLoeb6kCNvKA==, figureFileBig=hMwkkayykzbor5zb8MlqOQ==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856533831758730, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Fig.6, caption=Global system service performance analysis of Scenario 5, figureFileSmall=nDR2hqDquFrnBTqqdkqh4w==, figureFileBig=fpA/qxPAfaSyJo8lfvzbwQ==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856533932422031, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=图6, caption=场景五全球范围系统服务性能分析, figureFileSmall=nDR2hqDquFrnBTqqdkqh4w==, figureFileBig=fpA/qxPAfaSyJo8lfvzbwQ==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856534020502422, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Fig.7, caption=Indoor wired testing platform, figureFileSmall=yUVLWCD7SfHuGPyXXX3G5g==, figureFileBig=QzyGYwNZrGwsuB8Aaf4soQ==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856534108582812, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=图7, caption=室内有线测试平台, figureFileSmall=yUVLWCD7SfHuGPyXXX3G5g==, figureFileBig=QzyGYwNZrGwsuB8Aaf4soQ==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856534205051816, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Fig.8, caption=Curve of anti-jamming tolerance variation with power enhancement amplitude under different carrier to noise ratio threshold conditions, figureFileSmall=k0f0Jswx5uHl/KAZb4FQaw==, figureFileBig=6+RPXt9Cj2yn7igqYRWQOg==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856534305715116, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=图8, caption=不同载噪比门限条件下抗干扰容限随功率增强幅度变化曲线, figureFileSmall=k0f0Jswx5uHl/KAZb4FQaw==, figureFileBig=6+RPXt9Cj2yn7igqYRWQOg==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856534381212598, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Fig.9, caption=Curve of effective jamming distance with jamming-to-signal ratio threshold under different power enhancement amplitudes, figureFileSmall=j4Lm1aS05YJO8Kq0N0HFVQ==, figureFileBig=swBxIfw4HrxGlnQh1hWwuw==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856534444127166, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=图9, caption=不同功率增强幅度条件下有效干扰距离随干信比门限变化曲线, figureFileSmall=j4Lm1aS05YJO8Kq0N0HFVQ==, figureFileBig=swBxIfw4HrxGlnQh1hWwuw==, tableContent=null), ArticleFig(id=1251856536042157000, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.1, caption=

Signal characteristic parameters of BDS

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
系统信号载波频率/MHz调制方式符号速率/（sym/s）最小功率/dBW
BDS-2B1I
B2I
B3I		1561.098
1207.140
1268.520		BPSK（2）
BPSK（2）
BPSK（10）		50
50
50		-163
-163
-163
BDS-3B1CGEOBPSK（1）500-161～-153
IGSO/MEO1575.420数据分量：BOC（1,1）
导频分量：QMBOC（6,1,4/33）		数据分量：100
导频分量：0		-159/-161
B2aGEOBPSK（1）500-156
IGSO/MEO1176.450数据分量：BPSK（10）
导频分量：BPSK（10）		数据分量：200
导频分量：0		-158
B2bGEO
IGSO/MEO		1207.140BPSK（10）
BPSK（10）		1000
1000		-160
-162/-160
), ArticleFig(id=1251856536142820306, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表1, caption=

BDS导航信号特征参数

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
系统信号载波频率/MHz调制方式符号速率/（sym/s）最小功率/dBW
BDS-2B1I
B2I
B3I		1561.098
1207.140
1268.520		BPSK（2）
BPSK（2）
BPSK（10）		50
50
50		-163
-163
-163
BDS-3B1CGEOBPSK（1）500-161～-153
IGSO/MEO1575.420数据分量：BOC（1,1）
导频分量：QMBOC（6,1,4/33）		数据分量：100
导频分量：0		-159/-161
B2aGEOBPSK（1）500-156
IGSO/MEO1176.450数据分量：BPSK（10）
导频分量：BPSK（10）		数据分量：200
导频分量：0		-158
B2bGEO
IGSO/MEO		1207.140BPSK（10）
BPSK（10）		1000
1000		-160
-162/-160
), ArticleFig(id=1251856536247677916, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.2, caption=

Working satellites of BDS in orbit

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
PRNSVN卫星类型
01GEO-8BDS-2
02GEO-6BDS-2
03GEO-7BDS-2
04GEO-4BDS-2
05GEO-5BDS-2
06IGSO-1BDS-2
07IGSO-2BDS-2
08IGSO-3BDS-2
09IGSO-4BDS-2
10IGSO-5BDS-2
11MEO-3BDS-2
12MEO-4BDS-2
13IGSO-6BDS-2
14MEO-6BDS-2
16IGSO-7BDS-2
19MEO-1BDS-3
20MEO-2BDS-3
21MEO-3BDS-3
22MEO-4BDS-3
23MEO-5BDS-3
24MEO-6BDS-3
25MEO-11BDS-3
26MEO-12BDS-3
27MEO-7BDS-3
28MEO-8BDS-3
29MEO-9BDS-3
30MEO-10BDS-3
32MEO-13BDS-3
33MEO-14BDS-3
34MEO-15BDS-3
35MEO-16BDS-3
36MEO-17BDS-3
37MEO-18BDS-3
38IGSO-1BDS-3
39IGSO-2BDS-3
40IGSO-3BDS-3
41MEO-19BDS-3
42MEO-20BDS-3
43MEO-21BDS-3
44MEO-22BDS-3
45MEO-23BDS-3
46MEO-24BDS-3
59GEO-1BDS-3
60GEO-2BDS-3
), ArticleFig(id=1251856536327369702, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表2, caption=

BDS在轨工作卫星

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
PRNSVN卫星类型
01GEO-8BDS-2
02GEO-6BDS-2
03GEO-7BDS-2
04GEO-4BDS-2
05GEO-5BDS-2
06IGSO-1BDS-2
07IGSO-2BDS-2
08IGSO-3BDS-2
09IGSO-4BDS-2
10IGSO-5BDS-2
11MEO-3BDS-2
12MEO-4BDS-2
13IGSO-6BDS-2
14MEO-6BDS-2
16IGSO-7BDS-2
19MEO-1BDS-3
20MEO-2BDS-3
21MEO-3BDS-3
22MEO-4BDS-3
23MEO-5BDS-3
24MEO-6BDS-3
25MEO-11BDS-3
26MEO-12BDS-3
27MEO-7BDS-3
28MEO-8BDS-3
29MEO-9BDS-3
30MEO-10BDS-3
32MEO-13BDS-3
33MEO-14BDS-3
34MEO-15BDS-3
35MEO-16BDS-3
36MEO-17BDS-3
37MEO-18BDS-3
38IGSO-1BDS-3
39IGSO-2BDS-3
40IGSO-3BDS-3
41MEO-19BDS-3
42MEO-20BDS-3
43MEO-21BDS-3
44MEO-22BDS-3
45MEO-23BDS-3
46MEO-24BDS-3
59GEO-1BDS-3
60GEO-2BDS-3
), ArticleFig(id=1251856536444810218, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.3, caption=

Service types provided by BDS

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
服务类型BDS-2BDS-3
信号/频段播发手段信号/频段播发手段
全球范围PNTB1I、B3I5GEO+5IGSO+4MEOB1I、B3I
B1C、B2a、B2b		3GEO+3IGSO+24MEO
3IGSO+24MEO
全球短报文通信——上行：L
下行：GSMC-B2b		上行：14MEO
下行：3IGSO+24MEO
SAR——上行：UHF
下行：SAR-B2b		上行：6MEO
下行：3IGSO+24MEO
中国及周边SBAS——BDSBAS-B1C、BDSBAS-B2a3GEO
地基增强——2G、3G、4G、5G移动通信网络互联网络
PPP——PPP-B2b3GEO
区域短报文通信上行：Lf0
下行：S1I、S1Q		5GEO上行：Lf0、Lf1、Lf2、Lf3
下行：S1I、S1Q/S2Cd、S2Cp		3GEO
), ArticleFig(id=1251856536532890607, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表3, caption=

BDS提供的服务类型

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
服务类型BDS-2BDS-3
信号/频段播发手段信号/频段播发手段
全球范围PNTB1I、B3I5GEO+5IGSO+4MEOB1I、B3I
B1C、B2a、B2b		3GEO+3IGSO+24MEO
3IGSO+24MEO
全球短报文通信——上行：L
下行：GSMC-B2b		上行：14MEO
下行：3IGSO+24MEO
SAR——上行：UHF
下行：SAR-B2b		上行：6MEO
下行：3IGSO+24MEO
中国及周边SBAS——BDSBAS-B1C、BDSBAS-B2a3GEO
地基增强——2G、3G、4G、5G移动通信网络互联网络
PPP——PPP-B2b3GEO
区域短报文通信上行：Lf0
下行：S1I、S1Q		5GEO上行：Lf0、Lf1、Lf2、Lf3
下行：S1I、S1Q/S2Cd、S2Cp		3GEO
), ArticleFig(id=1251856536595805175, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.4, caption=

Service performance provided by BDS

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
服务类型性能指标BDS-2BDS-3
中国及周边中国及周边全球
PNT定位精度水平：10m
垂直：10m		水平：5m
垂直：5m		水平：10m
垂直：10m
测速精度0.2m/s0.1m/s0.2m/s
授时精度50 ns10 ns20 ns
服务可用性优于95%优于99%优于95%
短报文通信服务容量上行：210万次/小时
下行：138万次/小时		上行：1 200万次/小时
下行：600万次/小时		上行：30万次/小时
下行：20万次/小时
终端发射功率10W1～3W10W
单次报文最大长度120个汉字（1680bit）1000个汉字（14000bit）40个汉字（560bit）
响应时间≤1s≤1s≤1min
服务成功率优于95%优于95%优于95%
), ArticleFig(id=1251856536696468479, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表4, caption=

BDS提供的服务性能

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
服务类型性能指标BDS-2BDS-3
中国及周边中国及周边全球
PNT定位精度水平：10m
垂直：10m		水平：5m
垂直：5m		水平：10m
垂直：10m
测速精度0.2m/s0.1m/s0.2m/s
授时精度50 ns10 ns20 ns
服务可用性优于95%优于99%优于95%
短报文通信服务容量上行：210万次/小时
下行：138万次/小时		上行：1 200万次/小时
下行：600万次/小时		上行：30万次/小时
下行：20万次/小时
终端发射功率10W1～3W10W
单次报文最大长度120个汉字（1680bit）1000个汉字（14000bit）40个汉字（560bit）
响应时间≤1s≤1s≤1min
服务成功率优于95%优于95%优于95%
), ArticleFig(id=1251856536818102280, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.5, caption=

Typical application scenarios ofBeiDou navigation receiver

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
场景描述卫星数可用卫星PRN号
一全部BDS-2卫星可用15PRN 01～14,16
二全部 BDS-2 和部分BDS-3卫星可用33PRN 01～14,16,19～30,32～37
三全部 BDS-2 和全部BDS-3卫星可用44PRN 01～14,16,19～30, 32～46,59～60
四部分BDS-3卫星可用18PRN 19～30,32～37
五全部BDS-3卫星可用29PRN 19～30,32～46,59～60
), ArticleFig(id=1251856536910376976, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表5, caption=

北斗导航接收机典型应用场景

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
场景描述卫星数可用卫星PRN号
一全部BDS-2卫星可用15PRN 01～14,16
二全部 BDS-2 和部分BDS-3卫星可用33PRN 01～14,16,19～30,32～37
三全部 BDS-2 和全部BDS-3卫星可用44PRN 01～14,16,19～30, 32～46,59～60
四部分BDS-3卫星可用18PRN 19～30,32～37
五全部BDS-3卫星可用29PRN 19～30,32～46,59～60
), ArticleFig(id=1251856537015234583, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.6, caption=

Statistical results of service performance ofBeiDou navigation receiver in global regions

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
场景平均可见卫星数GDOP值连续可用性/%
最小最大平均最小最大平均
一0.7313.365.312.1019.296.8233.58
二6.5220.1511.621.233.152.0093.00
三8.4227.2315.521.042.131.61100
四5.546.876.312.494.053.1546.46
五7.6413.9210.201.402.251.90100
), ArticleFig(id=1251856537136869405, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表6, caption=

北斗导航接收机全球范围系统服务性能统计

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
场景平均可见卫星数GDOP值连续可用性/%
最小最大平均最小最大平均
一0.7313.365.312.1019.296.8233.58
二6.5220.1511.621.233.152.0093.00
三8.4227.2315.521.042.131.61100
四5.546.876.312.494.053.1546.46
五7.6413.9210.201.402.251.90100
), ArticleFig(id=1251856537245921316, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=EN, label=Tab.7, caption=

Statistical results of service performance of BeiDou navigation receiver at fixed points

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
场景平均可见卫星数GDOP值定位精度/m连续可用性/%
最小最大平均最小最大平均水平垂直
一10.0014.0011.251.633.442.680.695.63100
二14.0020.0017.101.702.231.490.474.59100
三20.0028.0023.190.931.921.300.323.28100
四3.009.005.841.6616.863.361.078.5989.97
五10.0015.0011.941.202.631.750.795.17100
), ArticleFig(id=1251856537329807404, tenantId=1146029695717560320, journalId=1251234268282663017, articleId=1251856524801421870, language=CN, label=表7, caption=

北斗导航接收机固定点位服务性能统计

, figureFileSmall=null, figureFileBig=null, tableContent=
场景平均可见卫星数GDOP值定位精度/m连续可用性/%
最小最大平均最小最大平均水平垂直
一10.0014.0011.251.633.442.680.695.63100
二14.0020.0017.101.702.231.490.474.59100
三20.0028.0023.190.931.921.300.323.28100
四3.009.005.841.6616.863.361.078.5989.97
五10.0015.0011.941.202.631.750.795.17100
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北斗系统平稳过渡对导航接收机服务性能影响分析
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吕志成 1 , 高沙沙 2 , 张悦 2
无线电工程 | 测控遥感与导航定位 2025,55(11): 2195-2205
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北斗系统平稳过渡对导航接收机服务性能影响分析
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吕志成1, 高沙沙2, 张悦2
作者信息
  • 1.国防科技大学 电子科学学院,湖南 长沙 410073
  • 2.中国人民解放军69016 部队,新疆 乌鲁木齐 830102

    • 吕志成 男，（1982—），博士，副研究员。主要研究方向：卫星导航建模仿真与测试评估技术。

    高沙沙 男，（1986—），工程师。主要研究方向：卫星导航集成应用与试验验证技术。

    张悦 男，（1989—），工程师。主要研究方向：卫星导航终端安全运用与维护保障。

Analysis of Impact of BDS Smooth Transition on Navigation Receiver Service Performance
Zhicheng LYU1, Shasha GAO2, Yue ZHANG2
Affiliations
  • 1.College of Electronic Science and Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
  • 2.Unit 69016, PLA , Urumqi 830102, China
出版时间: 2025-11-05 doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2025.11.007
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摘要
收起

北斗卫星导航系统（BeiDou Satellite Navigation System，BDS）接收机具备定位、导航、授时（Positioning，Navigation and Timing，PNT）和报文通信功能，在各行业中得到广泛应用。以北斗二号（BDS-2）区域系统向北斗三号（BDS-3）全球系统平稳过渡为背景，研究其对导航接收机服务性能影响及应对措施。通过对比BDS-2与BDS-3系统在信号类型、信号体制、星座规模和服务性能等方面的差异，阐述BDS平稳过渡的具体表现形式和状态变化趋势。重点分析BDS平稳过渡对导航接收机报文通信、导航定位、抗压制干扰等服务性能产生的影响。仿真结果表明，BDS-2接收机（PRN01～37）在平稳过渡期间，RDSS报文通信服务仍可正常使用；随着BDS-2卫星的陆续退役，空间可用卫星数将逐渐由33颗减少到18颗，全球范围内平均可见卫星数由11.62颗减少至6.31颗，平均几何精度因子（Geometric Dilution Precision，GDOP）值由2.00增加至3.15，服务连续可用性由93%降低到46.46%，定位精度和服务范围均受到影响；BDS-3卫星实施功率增强时，导航接收机可获得7～15 dB的抗压制干扰能力提升。针对导航接收机不同应用场景分别给出减弱或消除影响的应对措施，使导航接收机在BDS平稳过渡期间能够持续为用户提供可靠服务。研究成果可为北斗导航接收机的设计、研制和应用提供参考。

北斗卫星导航系统  /  平稳过渡  /  导航接收机  /  服务性能

Beidou Satellite Navigation System (BDS) navigation receiver has the functions of Positioning, Navigation, and Timing (PNT) and message communication, and has been widely used in various industries. Under the background of the smooth transition from BDS-2 regional system to BDS-3 global system, its influence on the service performance of the navigation receiver and countermeasures are studied. The differences between BDS-2 and BDS-3 in signal type, signal system, constellation scale and service performance are compared, and the specific manifestations and state change trends of BDS smooth transition are expounded. The impact of the smooth transition of BDS on the service performance of navigation receiver is analyzed emphatically, including navigation and positioning, message communication and anti-suppression-jamming ability. The simulation results show that the RDSS message communication service can still be used normally during the smooth transition period of BDS-2 receiver ( PRN01～37). With the progressive retirement of BDS-2 satellite, the number of satellites available in space will gradually decrease from 33 to 18, the average number of satellites visible worldwide will decrease from 11.62 to 6.31, the average Geometric Dilution Precision (GDOP) value will increase from 2.00 to 3.15, and the continuous availability of services will decrease from 93% to 46.46%, which will affect the positioning accuracy and service range. When the power of BDS-3 satellite is enhanced, the navigation receiver can obtain 7～15 dB improvement in anti-suppression-jamming ability. According to the different application scenarios of the navigation receiver, the corresponding countermeasures are given to weaken or eliminate the impact, so that the navigation receiver can continuously provide reliable services for users during the smooth transition of the BDS. The research results can provide reference for the design, development and application of BDS navigation receivers.

BDS smooth transition  /  navigation receiver  /  service performance
吕志成, 高沙沙, 张悦. 北斗系统平稳过渡对导航接收机服务性能影响分析. 无线电工程, 2025 , 55 (11) : 2195 -2205 . DOI: 10.3969/j.issn.1003-3106.2025.11.007
Zhicheng LYU, Shasha GAO, Yue ZHANG. Analysis of Impact of BDS Smooth Transition on Navigation Receiver Service Performance[J]. Radio Engineering, 2025 , 55 (11) : 2195 -2205 . DOI: 10.3969/j.issn.1003-3106.2025.11.007
正文
收起
0　引言
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BDS是服务我国国家安全和经济社会发展的重要时空基础设施。2012年12月,BDS-2正式向我国及周边地区提供PNT以及短报文通信服务,标志着我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航系统的国家。2020年7月,BDS-3全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）正式开通,采用有源卫星无线电测定业务（Radio Determination Satellite Service, RDSS）和无源卫星无线电导航业务（Radio Navigation Satellite Service, RNSS）两种技术体制,面向全球范围提供PNT、全球短报文通信（Global Short Message Communication, GSMC）和国际搜救（International Search and Rescue, SAR）服务,针对中国及周围地区,提供星基增强（Satellite-Based Augmentation System,SBAS）、地基增强（Ground Augmentation System,GAS）、精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）和区域短报文通信（Regional Short Message Communication, RSMC）服务[1]。与BDS-2相比,BDS-3在星座规模、信号类型、系统性能和服务能力等方面均有较大的变化,不可避免地会对各类导航接收机服务性能产生一定的影响。
中国卫星导航定位协会在其2023年11月发布的《中国北斗产业发展指数报告》中指出,当前北斗已普遍融入智能手机、可穿戴设备等大众消费领域,北斗终端应用规模达数千万量级,每天有数千万用户数、亿次量级使用北斗定位导航[2]。北斗导航接收机可为用户提供PNT和报文通信等服务,常见形式有手持式、车载式、机载式和嵌入式等,可满足单人、单车、单机和集成平台等不同应用环境要求。现阶段,BDS-2卫星和BDS-3卫星同时提供服务,随着BDS-2卫星逐渐失效,最终将过渡到BDS-3卫星独立提供服务。本文通过比对BDS-2与BDS-3之间的差异性,分析BDS平稳过渡对不同类型导航接收机服务性能产生的影响,并给出应对措施使导航接收机能够持续为用户提供可靠服务。
1　BDS-2与BDS-3系统差异性比较
收起
1.1　信号类型
BDS-3系统同时播发BDS-3新体制和BDS-2旧体制导航信号,一方面全面提升系统的定位、测速、授时和短报文通信服务性能,另一方面确保BDS-2系统失效后,依托BDS-3系统为BDS-2用户继续提供服务,实现由BDS-2系统向BDS-3系统的平稳过渡[3]。BDS-2和BDS-3卫星播发信号情况如图1所示。
可以看到,RNSS信号方面,BDS-3系统在保留BDS-2系统B1I和B3I两个旧体制导航信号的基础上,新增了性能更优的GNSS兼容互操作信号B1C,并将B2I信号升级为性能更优的B2a和B2b信号,通过信号体制优化设计进一步提高信号整体跟踪性能,支持双频、三频信号组合使用等方式提高服务精度,将极大地提升用户体验和选择方案。目前,RNSS服务由BDS-2和BDS-3星座联合提供。
RDSS入站信号方面,BDS-3系统在保留BDS-2 Lf0旧体制入站信号的基础上,新增Lf1、Lf2、Lf3三个新体制入站信号,通过采取可变信息速率、优化信道编码、提升接收灵敏度等技术将接收机RDSS入站信号发射功率由BDS-2的10 W降低至BDS-3的1～3 W,在降低用户发射功率的同时提升系统用户容量。RDSS出站信号方面,BDS-3系统除了继续播发BDS-2S1I/Q旧体制出站信号外,还新增了S2C_d、S2C_p两个新体制信号,波束数量由5颗卫星共10个波束（每颗卫星播发2个波束信号）变为3颗卫星共21个波束（每颗卫星播发6个固定波束信号和1个可变波束信号）,有效扩大了RDSS出站信号的覆盖范围和服务可靠性[4]。
1.2　信号体制
BDS导航信号特征参数如表1所示[5-6]。可以看到,BDS-2在B1、B2、B3三个频段提供B1I、B2I、B3I三个公开服务信号，中心频率分别为1561.098、1207.14、1268.52 MHz,调制方式均为二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying,BPSK）。BDS-3在B1、B2、B3三个频段提供B1I、B1C、B2a、B2b、B3I五个公开服务信号,其中B1频段的中心频率为1575.42 MHz,采用正交复用二进制偏移载波（Quadrature Multiplexed Binary Offset Carrier，QM-BOC）将二进制偏移载波（Binary Offset Carrier，BOC）信号BOC（1,1）和BOC（6,1）分量分布调制在载波的2个彼此正交的相位上,不仅避免了2个分量之间互相关分量的影响,而且可以采用类似BOC（1,1）的低复杂度接收模式以及高性能匹配接收模式,与GPS L1和Galileo E1信号有很好的兼容性和互操作性,是主要的民用导航定位业务承载信号；B2频段的中心频率为1176.45 MHz,将数据和导频分量正交调制组成信号分类支持任意的功率配比,具有较高的设计灵活性,且支持与GPS L5和Galileo E5之间的兼容互操作；B3频段的中心频率为1268.52 MHz,采用双正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying,QPSK）星上复用技术,实现2个类QPSK信号的任意功率比恒包络调制输出,且能得到优化的解析实现和最大化的功率效率,解决B3频点平稳过渡的需求。
表1给出了当卫星仰角大于5°,卫星发射的导航信号到达地球表面附近接收机天线输入端的最小功率。可以看到,BDS-3信号较BDS-2信号落地电平提高约3～10 dB,具有更好的抗压制干扰性能。表1中GEO（Geosynchronous Orbit）为地球静止轨道,IGSO（Inclined Geosynchronous Orbit）为倾斜地球同步轨道, MEO（Medium Earth Orbit）为中距离轨道。
为从系统层面提高卫星导航系统导航服务抗干扰能力,GPS现代化计划提出了功率增强技术,包括调整卫星信号发射功率和播发点波束功率增强信号2种技术途径。调整卫星信号发射功率,就是在已播发信号的基础上,利用星上电源控制系统提高信号发射功率,具有无需增加有效载荷、技术实现难度小等特点,但因星上能源有限制约了信号增强幅度,如美国GPS-IIF卫星可实现军用导航信号功率7～10 dB的幅度调整。播发点波束功率增强信号,则是利用星上专用有效载荷将信号能量集中在一个较窄的波束向外辐射,实现增强信号的区域覆盖,具有信号功率增强幅度大、信号覆盖范围有限的特点,该技术需要点波束天线、功率放大器、波束指向控制机构等专用有效载荷的支持,不但增加了卫星的质量、体积、成本和功耗,还对卫星控制系统和供电系统等提出了更高要求,实现技术难度较大,如美国GPS-IIIC卫星利用点波束功率增强技术实现军用M码信号在点波束覆盖区域内功率增强20 dB,这将大大增强系统的抗干扰能力[7-8]。
1.3　星座规模
BDS-2系统2012年完成14颗卫星组网（5GEO+ 5IGSO+4MEO）,主要为亚太地区用户提供定位、测速、授时和短报文通信服务。在2016年系统对外发布的接口控制文件（Interface Control Document, ICD）中,定义卫星伪随机噪声（Pseudo Random Noise,PRN）码序号为01～37[9]。
BDS-3系统2020年完成30颗卫星组网（3GEO+ 3IGSO+24MEO）,将服务范围由区域扩展至全球,同时为中国及周边地区用户新增SBAS、GAS、PPP等服务。在2019年系统对外发布的ICD中,定义卫星PRN序号为01～63[10]。
截止2024年3月23日,BDS在轨工作卫星共计44颗,其中BDS-2卫星15颗、BDS-3卫星29颗,如表2所示。另外还有8颗BDS-3卫星处于在轨测试或试验状态[11]。
1.4　服务性能
BDS创新融合了导航与通信能力,提供多种服务,如表3所示[12-13]。从服务类型看,一方面BDS-3系统在全面兼容BDS-2系统PNT和RSMC服务的基础上,通过扩展服务范围、增加信号分量、分离信号频谱、优化调制方案等方式进一步提升了系统服务性能,扩展了服务范围；另一方面, BDS-3系统还能够为全球用户提供GSMC、SAR服务,为中国及周边区域提供SBAS、GAS和PPP等服务。
北斗系统提供PNT和短报文通信2类服务的性能如表4所示[14-17]。通过对比可以看到,BDS-3系统将PNT和短报文通信服务由区域扩展至全球,并显著提升了服务精度。在PNT服务方面,BDS-3采用高精度星载原子钟、星上完好性监测和星间链路传输等技术,将中国及周边地区基本的定位、测速和授时精度分别提升至5 m、0.1 m/s和10 ns,同时显著提升了系统服务可用性。在RSMC服务方面, BDS-3在全面兼容BDS-2短报文服务的基础上,将服务容量提升10倍,用户发射功率降低1/10,最大单次报文长度增加至14000 bit（1000个汉字）,短报文服务能力大幅提升,既能传输文字,也可传输语音和图片,为北斗短报文大规模应用推广以及器件小型化、低功耗设计提供了条件。在GSMC服务方面,BDS-3系统可以为用户提供最大单次报文长度为560 bit（40个汉字）的全球随遇接入报文通信服务。
2　BDS平稳过渡对接收机的影响
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2.1　对导航定位服务的影响
从信号类型来看,BDS-3系统完全保留了BDS-2系统B1I、B3I两个旧体制公开服务信号,同时增加B1C、B2a/b两个新体制公开服务信号,因此民用BDS-2导航接收机在BDS升级期间可以不受影响地继续提供RNSS服务。
从卫星数量来看,2016年发布的ICD定义卫星PRN号为01～37,2019年发布的ICD定义卫星PRN号为01～63。因此,按照2016年ICD研制的BDS-2导航接收机仅能支持PRN号为01～37的卫星信号,无法支持PRN号为38～63的卫星信号。假设在表2北斗卫星星座基础上,停用全部15颗BDS-2卫星信号,则北斗二号导航接收机仅支持接收PRN号小于38的18颗BDS-3卫星信号,无法使用全部BDS-3卫星信号资源,进而影响定位、测速和授时等服务精度。
针对北斗导航接收机可能面临的5种典型应用场景,采用格网分析法分析不同可用卫星信号条件下的系统服务性能,如表5所示。仿真过程中,将全球区域按照经度5°、纬度5°划分成若干网格,设置卫星信号接收截止角为5°,可用性门限GDOP值为20,仿真时长为24 h,仿真分析5种典型应用场景可用卫星信号条件下全球范围可见卫星数和GDOP值等服务性能。
全球范围北斗导航接收机系统服务性能仿真结果如图2～图6所示,数值分析结果见表6。仿真结果表明,场景三具有最优的服务性能,原因是接收机可以使用全部的BDS-2和BDS-3系统卫星信号资源,具有最多的可见卫星数和最小的平均GDOP值,能够为全球区域提供100%的连续性服务,特别是我国及周边地区由于被7颗GEO和10颗IGSO卫星增强覆盖,比其他地区可见卫星数多一倍、GDOP值减小1/2,可以获得更高的定位精度。场景五的服务性能次之,且同样能够为全球区域提供100%的连续性服务,原因是BDS-3星座采用混合星座构型设计,兼具区域增强和全球覆盖能力,具有较多的可见卫星数量和较小的GDOP值,满足全球用户的应用需求。场景二可为全球93%的区域提供连续性服务,原因在于接收机无法接收PRN37号以后的BDS-3卫星信号,因此在部分区域因可见卫星空间几何分布不佳使得GDOP值超过可用性门限要求。场景四可见卫星数较少,仅能为全球46.46%的区域提供连续性服务,原因是接收机仅能使用PRN19～37的18颗MEO卫星信号,全球超过一半的区域GDOP超过可用性门限要求。场景一全球服务性能最差,仅能为全球33.58%的区域提供连续性服务,原因是BDS-2是区域导航系统,主要以服务亚太地区为主,无法覆盖全球区域（图2平均GDOP值分布图中白色区域表示可见卫星数少于4颗,无法进行定位解算和GDOP值计算）；与场景四相比,虽然全球范围连续可用性略差,但对于亚太地区来说,由于GEO和IGSO卫星的存在,使得场景二具有更多的可见卫星数和更小的GDOP值,因此可以提供更高精度的导航定位服务。
BDS采用GEO+IGSO+MEO混合星座构型实现对我国及周边地区的增强覆盖。为分析增强覆盖区域内导航服务性能,利用北斗卫星导航信号源和接收机搭建室内有线测试平台如图7所示。导航信号源可以模拟产生任意位置、任意动态的卫星导航信号,常用于卫星导航接收机的测试评估[17]。利用导航信号源模拟产生固定坐标点位（40°N,116°E）的北斗卫星导航信号,接收机以1 Hz为频度输出定位结果,分别统计不同场景条件下接收机可见卫星数、GDOP值以及定位精度,统计结果如表7所示。
实验结果表明,场景三接收机能够接收全部BDS-2和BDS-3卫星系统信号,可见卫星数量最多、GDOP值最小,定位精度最优。场景一为BDS-2系统独立提供服务,与场景五BDS-3系统独立提供服务相比,可见卫星数相当,因空间几何分布原因导致GDOP值和定位精度略差。场景四有10.03%的时间因可见卫星数不足4颗或GDOP值超过可用性门限要求而无法提供导航定位服务,并且因可用卫星数较少且空间几何分布较差,导致仿真时段内接收机定位精度变化较大,无法提供连续、可靠的导航定位服务。
2.2　对报文通信服务的影响
BDS短报文服务是BDS特有功能,BDS-2系统5颗GEO卫星实现对我国及周边地区的信号覆盖,支持单次最多传输报文120个汉字。BDS-3对区域短报文服务进行了全面继承,在保持平稳接替的基础上,通过增加波束数量拓展服务区域、扩大用户容量并降低发射功率。针对BDS-2短报文资源有限等问题,BDS-3系统通过优化信号体制、扩容硬件资源、增加星间链路等技术手段对系统服务能力进行优化升级,一方面将区域短报文服务单次报文通信长度增大至1000个汉字,并支持图片、语音传输；另一方面新增全球短报文服务,可实现单次传输报文40个汉字[18]。因此,在BDS升级过程中,BDS-2导航接收机虽然无法获得BDS-3带来的性能提升,但正常使用不会受到任何影响。在BDS接收机实际使用过程中,还需要注意北斗系统升级带来的以下几方面的影响：
① 由于报文长度不同,BDS-3导航接收机与BDS-2导航接收机进行RSMC时,应限制单次报文传输长度不超过120个汉字。
② 由于信号体制不同,BDS-2指挥型接收机不具备BDS-3新体制出站信号接收处理能力,因此不能兼收BDS-3下属用户接收机,共用时应合理编配指挥关系。
③ BDS-3 RDSS区域短报文信号仍以服务中国及周边地区为主,如果北斗导航接收机需要在全球区域使用短报文通信服务,则需要进行软硬件升级以支持全球短报文服务。
2.3　对抗压制干扰能力的影响
提高卫星导航信号发射功率是提升导航接收机抗干扰能力的有效途径之一,BDS-3新体制信号功率较BDS-2提升约3～10 dB,利用点波束功率增强技术可实现20 dB增强信号的区域覆盖,进一步提升接收机抗压制干扰能力。以BDS B1频点为例,假设其抗宽带干扰品质因数Q取值4.3,图8给出了不同载噪比条件下,接收机功率增强幅度与抗干扰容限值对应关系的仿真分析结果。可以看出,提高导航接收机灵敏度和增大导航信号功率均可有效提升接收机抗干扰容限,进而增强接收机复杂电磁环境下的生存能力。
假设使用一个1 W干扰源对导航接收机实施宽带压制干扰,图9给出了不同干信比条件下,接收机功率增强幅度与有效干扰距离对应关系的仿真分析结果。可以看到,提高接收机抗干扰门限和增大导航信号功率均可以压缩干扰信号的有效干扰距离。以抗干扰门限90 dB为例,导航信号功率增加了20 dB,可将有效干扰距离由67 m压缩至6.7 m,显著提升了导航接收机的抗干扰能力。
3　接收机应对BDS平稳过渡的措施
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根据中国市场调研在线网发布的2023—2029年中国北斗接收机行业市场深度监测及发展趋势预测报告分析,随着BDS服务不断完善、信号处理技术持续进步以及北斗行业应用日益广泛,北斗接收机产业正进入快速发展期。自2012年BDS2系统开通运行以来,具备PNT和短报文通信的BDS-2导航接收机在各行业得到成功应用,表现出产品型号多、数量规模大、覆盖行业广、技术状态好等特点,是BDS服务的主要对象。目前,BDS-2系统正逐步向BDS-3系统过渡,各型BDS-3导航接收机正在紧锣密鼓地开展研制和试验,最终将形成BDS-3系统同时向BDS-2和BDS-3导航接收机提供服务的应用场景。
因此,为降低或消除BDS平稳过渡对BDS-2导航接收机服务性能产生的影响,同时考虑一体筹划BDS-3导航接收机的研制和应用,应按照“平稳过渡、分类实策、统筹实施”的原则,根据导航接收机的工作模式和应用场景,分别制定北斗导航接收机应用策略要求。
（1）对于在用的北斗导航接收机,可采取如下应对措施：
① 对于使用B1I、B3I信号进行单频、双频定位的北斗导航接收机,如果已经支持PRN号01～63的卫星信号接收,可以不做改动,继续使用；如果仅支持PRN号01～37的卫星信号接收,需要及时升级软件支持PRN号1～63的卫星信号接收,避免因BDS-2卫星失效造成可用卫星数减少影响定位精度。
② 对于使用B2I信号进行单频或双频定位的北斗导航接收机,由于BDS-3卫星不再播发此类信号,因此需要接收机进行软件和硬件升级,改用BDS-3新体制信号进行导航定位授时服务。
③ 对于有海外应用需求的北斗导航接收机,如果当前仅能接收BDS-2信号,由于其服务范围仅限于中国及周边地区,无法满足应用需求,因此需要进行软件和硬件升级,使接收机能够接收BDS-3信号,以支持全球范围内的PNT和短报文服务。
④ 对于有应对复杂电磁干扰应用需求的北斗导航接收机,可以通过加装阵列抗干扰天线,同时进行软件和硬件升级具备BDS-3点波束功率增强信号接收能力,进一步提升抗干扰性能。
（2）对于新研的北斗导航接收机,应根据BDS-3系统制定技术指标要求,全面支持BDS-3信号体制,为用户提供更好的服务质量,避免后续软硬件升级带来的资源浪费。
4　结论
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2020年7月31日,BDS-3系统正式开通运行,标志着BDS迈进全球服务新时代。当前,BDS正处于BDS-2和BDS-3卫星同时提供服务,逐渐向BDS-3卫星独立提供服务的过渡阶段,信号类型、信号体制、卫星数量和服务性能等方面的变化势必会对已得到广泛应用、规模庞大的BDS-2导航接收机服务性能产生影响。本文通过仿真分析BDS平稳过渡对不同状态北斗导航接收机服务性能影响,得到以下结论：
① BDS-2接收机RDSS报文通信服务在BDS平稳过渡期间不会受到影响。但由于BDS-2与BDS-3系统在报文长度、信号体制方面存在差异,在2种类型接收机进行报文通信时应同时使用BDS-2体制信号,且最大信息长度不能超过通信等级要求。
② BDS-2接收机RNSS导航定位应用需要考虑BDS平稳过渡中,BDS-3卫星将不再播发BDS-2 B2I信号,因此采用BDS-2 B2I信号进行单频、双频定位的接收机存在因BDS-2卫星逐渐到寿退役导致定位精度下降或无法定位的风险,实际应用中应提早规划使用BDS-3新体制信号代替不再使用的BDS-2旧体制信号。
③ 导航接收机服务性能与其支持的卫星信号PRN范围密切相关,对于仅支持目前在轨BDS-2卫星（PRN01～16）的接收机,系统过渡阶段可为我国及周边提供定位服务,过渡到BDS-3系统后,因BDS-2卫星退役将无法继续提供服务,建议整机替换为BDS-3接收机。对于可支持全部BDS-2卫星（PRN01～37）的接收机,过渡到BDS-3系统后,空间可用卫星数、平均可见卫星数和服务连续性等数值均明显下降,定位精度和服务范围均受到较大影响,建议通过软硬件升级支持BDS-3卫星信号。对于同时支持全部BDS-2和BDS-3卫星（PRN01～63）的接收机,完成BDS-3系统过渡后,对定位精度影响较小,全球服务连续可用性仍可保持100%不变,可持续为全球用户提供连续可靠服务。
④ BDS-3系统具备通过调整卫星信号发射功率和播发点波束功率增强信号的方式,可提高导航信号抗干扰性能,因此对于工作在复杂电磁环境条件下的导航接收机来说,建议升级支持BDS-3系统信号,获得7～15 dB的抗干扰能力提升。
综上所述,在实际应用中需要根据北斗导航接收机的工作状态和应用场景采取软件升级、硬件更换或整机替换等措施,使北斗导航接收机能够在BDS由BDS-2向BDS-3过渡期间持续为用户提供连续、可靠的高质量服务。
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2025年第55卷第11期
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doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2025.11.007
  • 接收时间：2025-07-15
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  • 出版时间：2025-11-05
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  • 收稿日期：2025-07-15
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    1.国防科技大学 电子科学学院,湖南 长沙 410073
    2.中国人民解放军69016 部队,新疆 乌鲁木齐 830102
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小菇科 Mycenaceae 2 12 5.74 丝盖伞属 Inocybe 5 2.39
多孔菌科 Polyporaceae 8 14 6.70 蜡蘑属 Laccaria 5 2.39
红菇科 Russulaceae 3 23 11.00 小皮伞属 Marasmius 6 2.87
小菇属 Mycena 11 5.26
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