现代GNSS信号捕获性能评估理论与应用

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的应用越来越广泛,几乎涉及国民经济和社会发展的各个领域.作为导航系统设计的重要环节,GNSS信号性能评估工作受到了广泛关注.本文以单点检测为基础,建立GNSS信号统计检测的理论模型,提出了综合调制方式、搜索步长和捕获算法的捕获性能评估方法.针对BOC(Binary Offset Carrier),MBOC(Multiplexed Binary Offset Carrier)和AltBOC(Alternative BOC)等的匹配捕获、无模糊捕获算法的整体检测性能和主峰、边锋检测性能进行评估,给出定量分析结果.搜索步长固定时,BOC,MBOC和AltBOC调制信号的自相关函数多峰特性会导致捕获性能下降,而且副载波速率越高性能下降越明显.虽然BPSK-like和SCPC(Sub Carrier Phase Cancellation)等无模糊捕获算法会带来一定程度的信号功率损耗,但却能有效提高BOC信号的捕获性能.     

一种新的BOC信号捕获算法

针对传统BOC调制信号捕获方案的捕获性能较低或者计算量较大的问题,提出了一种新的折中捕获算法。该算法分析BOC信号频谱特征,通过将左右边带频谱进行相位翻转处理后再叠加的方式,在保证计算量较小的情况下得到了较理想的捕获性能,是两种传统捕获方案的折中选择。仿真和理论分析表明,本文算法可以适用于各种调制阶数BOC信号的捕获处理,并且减小了计算量,具有较好的捕获性能。     

基于PCF的BOC信号无模糊算法分析

针对BOC (Binary Offset Carrier) 信号的自相关函数存在多峰性,从而造成同步过程中模糊性的问题,提出了一种基于PCF (Pseudo Correlation Function) 算法的同步算法。该算法首先将本地伪码和本地副载波调制到本地产生的辅助信号,再将本地调制后的信号与处理后的接收信号进行相关处理,最后将相关结果进行一定形式的运算得到只有一个单峰的相关函数。并且对提出算法进行了性能分析和仿真比较,结果表明该算法能完全消除同步过程中BOC信号自相关函数的模糊性,并且可以通过改变参数的值来提高捕获精度和捕获性能。     

BOC调制信号捕获的研究

由于BOC调制信号是一种非常新的调制信号,在伽利略系统中占据着重要地位,因此对它的捕获研究就显得尤为重要。而本文正是研究了BOC调制信号的捕获技术。首先,介绍了BOC调制中的相关器;其次,分析了BOC调制信号的捕获技术;最后,对BOC调制理论进行了仿真实验。结果表明:BOC调制信号均值法捕获可以很好地捕获到信号,达到了预期要求。     

并行码相位结合分形重构的TMBOC调制信号捕获算法

针对TMBOC调制信号自相关函数多峰值造成的捕获模糊性问题,提出了一种并行码相位结合分形重构去除模糊性的捕获算法.该算法首先对接收信号解调,然后用本地PN和BOC码分别与解调后的信号循环相关,对相关结果取模相加,最后利用分形重构算法折叠出没有副峰的相关函数.理论分析和仿真结果表明,重构算法能有效捕获到信号,算法复杂度较低,而且相关峰值比ASPeCT算法提高了43.7%,经过两径信道时主峰能量达到96%.     

北斗B1频点公开服务信号调制方式研究

在全球卫星导航系统中B1/L1频点（1575.42MHz）是互操作频点,GPS和Galileo系统在此频点设计了L1C和E1OS信号.在北斗导航系统第三阶段信号初步方案中在此频点的公开信号B1C设计为具有导频和数据通道的MBOC（6,1,1/11）（Multiplexed Binary Offset Carrier,简称为MBOC）调制方式,与L1C和E1OS具有互操作性,但是其兼容性、实现方式、导航性能还有待进一步研究.为此本文讨论了北斗B1C信号的设计原则,进而提出一种通道间复合的二进制码符号（Binary Coded Symbol,简称为BCS）调制方式（Composite Binary Coded Symbols between Channels,简称为CBCSC）.给出了一种具有良好性质的BCS调制码形,对比分析在此BCS调制基础上设计的CBCSC调制方案和MBOC的性能.根据分析得出的结论为CBCSC调制方式在兼容性、接收性能、实现复杂度等方面优于MBOC调制.     

卫星导航信号AltBOC调制方式分析

在二进制偏移载波(binary offset carrier,BOC)调制的副载波相位跳变的基础上,研究两路交替二进制偏移载波(alternate binary offset carrier,Alt BOC)信号的性能及特点,引出4路非恒包络Alt BOC调制,通过副载波重建使信号变为恒定包络,最终得到恒包络Alt BOC调制信号.分析恒包络Alt BOC调制信号功率谱密度和自相关函数,结果表明恒包络Alt BOC调制信号具有更好的码跟踪性能和抗多径性能.1     

基于多卫星伽利略E1频段中频信号的生成方法

为了模拟二进制偏移载波BOC(1,1)调制下的多卫星伽利略信号,提出了一种伽利略E1频段数字中频信号的生成方法.其中,通过模块化和图形化设计,逐层细化而拟合伽利略信号所需步骤,包括扩频码的产生、BOC调制的实现以及导航信息、载波和可调噪声源的叠加,并通过信号的自相关及其捕获等处理.结果表明,所生成的信号具有伽利略E1频段BOC(1,1)调制的信号特征,其信噪比和多普勒频移可调,可用于软件接收机的信号处理解算.     

基于自相关函数重构的BOC信号无模糊捕获算法研究

针对BOC信号特殊的结构给捕获带来的模糊性问题,提出了一种基于BOC信号自相关函数重构结合并行码相位捕获的高效算法,即在本地增设一条正交参考波形支路,将本地参考波形支路与接收BOC信号的相关结果,通过简单线性计算来消除BOC调制的相关副峰,增大主峰强度,同时结合并行码捕获算法,降低了算法的运算量.仿真结果表明,载噪比在35~45 d B·Hz范围时,本算法相比于现有的几种基于自相关函数重构的主峰检测算法,主副峰分离度有约2~5 d B的提高,尤其在低载噪比下可以提供更高的正确捕获概率.     

正交复用BOC调制及其多路复合技术

随着中国第二代卫星导航系统建设进入实施阶段,研发自主的调制方式及多路导航信号复合技术成为导航信号体制设计的紧迫任务.在确保与国外其他卫星导航系统实现兼容与互操作能力的前提下,提出了一种全新的MBOC调制时域实现方式——正交复用BOC（QMBOC）调制,并给出了这种调制信号的匹配接收方案.作为MBOC调制的一种新的时域实现形式,QMBOC信号具有与GPS和Galileo所使用的TMBOC和CBOC信号相同的频谱,同时消除了CBOC信号自相关函数中存在互相关项的问题,使得QMBOC信号无论在极性选择还是功率分配上都更加灵活自由,且匹配接收机的复杂度与CBOC情况相当.同时,提出了两种多路复用方式,可将QMBOC调制信号与同频点其他信号以恒包络形式组合,且具有较高的复用效率.可以为我国自主GNSS信号体制设计和优化提供一种可行的参考方案.     

一种低复杂度MBOC信号无模糊捕获方法

针对MBOC信号自相关函数多峰特性导致的捕获模糊问题和导航接收机对硬件资源的限制,提出了一种基于多峰能量累积的MBOC信号低复杂度无模糊捕获方法.该方法将MBOC信号与对应BPSK信号互相关结果中的两个峰值进行相干累积,实现无模糊捕获.通过理论计算与分析得出该无模糊处理方式在同样条件下捕获灵敏度更高.根据匹配滤波捕获模块设计和降采样后灵敏度损失分析,得出该捕获方法对应的匹配滤波器结构简单,且在降低了采样率后仍能保证较高的灵敏度.      

CBOC调制导航信号跟踪算法研究及实现

复合二进制偏移载波（CBOC）信号的子载波是四电平的扩频符号,增大了接收机相关基带码的处理难度.针对此问题,本文分析了CBOC（6,1,1/11）信号的跟踪性能,并根据其子载波的特性,改进了TM61跟踪算法.该方法在跟踪的初始阶段利用BOC（1,1）进行同步,实现稳定跟踪后改用BOC（6,1）以提高跟踪精度.最后在自主研发的硬件平台上对该算法进行了验证.结果表明在保证跟踪精度的前提下,该方法有效的解决了由BOC（6,1）多峰现象引起的错锁问题,并且降低了对捕获精度的要求.     

一种BOC(n, n)信号的新型精确同步方法

BOC（Binary Offset Carrier,二进制偏移载波）信号现已广泛用于各全球卫星定位系统中。但BOC信号的自相关函数具有多峰,在同步时有捕获困难和歧异跟踪的问题。对此,由BOC(1, 1)自相关函数结构入手分析,进而提出了一种适用于BOC(n, n)的新型同步算法。其在保持相关函数主峰的同时完全移除了副峰,从而使同步变得简单准确。仿真结果表明,提出的跟踪环路能实现精确同步,并且多径性能优良,检测概率只略有下降。     

基于相关移位BOC(n,n)无模糊度捕获算法

GPS现代化过程中,为避免导航信号频段间的互相干扰,采用了BOC调制技术来实现频带资源的合理利用.但是经过BOC调制的信号的自相关函数会存在多个副峰,这将会使捕获存在模糊性.针对这一问题提出了一种新的无模糊度捕获算法,根据BOC单元相关函数的特性,通过与移位半个码片取反后的新函数相乘,最终实现消除边峰的能力.仿真分析表明,本文提出的算法可以削弱副峰的干扰,使主峰跨度减小到半码片宽度,捕获灵敏度同ASPeCT方法,但均峰比比ASPeCT方法提高约10%,计算量也减少了40%.      

Shaping相关器在BOC信号中的抗多径性能分析

为了克服原有抗多径算法在偏移二进制载波(BOC)信号上性能不如粗捕码(coarse/acquisition code,C/A码)的缺点,并消除BOC信号在跟踪时特有的多峰模糊特性,将一种新的参考码应用在BOC信号的跟踪中,并与窄相关器以及高分辨相关器(HRC)技术进行了比较,分别给出了多径误差包络,从仿真结果中得出了最佳参考码码型,并根据最佳参考码分析了成形(Shaping)相关器的噪声性能。Shaping相关器消除了多峰模糊的特点,并在多径误差包络上要优于窄相关器以及HRC算法,也很容易在原有基础上修改实现。该研究为未来的导航接收机中Shaping相关器的应用打下了坚实的基础。     

基于谱相关的BOC＋BPSK混合调制信号的参数估计性能研究

针对卫星导航系统中BOC＋BPSK混合共用载频调制的现状,研究了基于频域平滑周期图法的BOC单频调制与BOC＋BPSK混合共用载频调制2种调制信号循环谱包络切面的特性,实现了对这2种调制信号的参数估计.仿真结果表明,基于谱相关的BOC＋BPSK混合共用载频调制时的参数估计性能与BOC单频调制时基本一致,验证了BOC信号叠加在传统BPSK导航信号上可有效实现频段共享.