北斗三号B1频点卫星导航信号的调制复用及实际接收性能

导航信号结构是卫星导航系统的核心技术之一,也是我国北斗三号卫星导航系统独立建设、自主运行的标志.本文分析了北斗三号B1频点卫星导航信号设计的需求与挑战,详细介绍了为满足北斗三号新一代导航信号性能提升、多样化接收以及与其他导航系统兼容与互操作等方面的迫切需求,我们为北斗三号主用信号B1C提出了一种新型的正交复用二进制载波偏移(Quadrature Multiplexed Binary Offset Carrier,QMBOC)调制技术,以及为解决北斗三号B1频点新旧两代和军民两类导航信号并存的重大技术难题,提出了一种通用的多频多分量导航信号恒包络复用(CEMIC)技术,并通过对北斗三号组网卫星实际播发的信号接收处理与分析,验证了新一代B1频点信号的先进性能.QMBOC调制和CEMIC复用构成了北斗三号B1信号的核心结构,在很大程度上决定了信号的时频域特性、接收性能及发射效率,目前已经部署在北斗三号所有的组网卫星上并开始向全球提供服务,成为北斗三号赶超世界先进水平的重要特征.     

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.     

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.     

基于FPGA的北斗卫星导航信号发生器设计

设计了一种基于FPGA的北斗B1频点信号发生器,通过MATLAB对北斗B1频点的C/A码、D码及其被扩频后经过QPSK调制的卫星模拟信号分别进行了仿真,使用Verilog HDL描述了信号发生器,并使用ISE对设计进行综合实现,使用Modelsim对信号发生器内的模块进行仿真.实验结果验证了设计的正确性和可行性,为信号发生器的最终实现提供了强有力的支撑.     

MBOC信号捕获算法性能分析

现代化的GPS和Galileo系统在L1/E1频点增加使用MBOC调制的民用信号。MBOC调制相比BOC(1,1)增加了BOC(6,1)分量,增加高频分量可以提高信号的伪码测量精度和多径抑制性能,但同时也提高了信号捕获的复杂度。文中介绍了MBOC信号3种常用的捕获算法,并从硬件资源和检测性能两方面比较其性能,结果表明窄带匹配滤波捕获算法以损失部分能量为代价,极大降低了实现复杂度。     

一种双模五频点射频前端设计

根据民用卫星导航接收机市场的发展趋势和需求,提出了一种双模五频点射频前端设计方案,并完成电路设计。新方案能够同时满足接收机对GPS L1和L2以及北斗二代B1、B2和B3五个频点信号的接收。实测结果表明设计性能优越,性能稳定,抗干扰能力强,特别适合需要同时处理多模多路信号的卫星导航接收机系统。     

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.     

GNSS互操作研究

目前互操作已经成为世界各主要卫星导航系统关注和研究的重要问题,北斗作为重要GNSS系统之一,也在研究互操作的有关问题.GPS和Galileo利用在中心频率为1575.42MHz的L1/E1频段上分别调制TMBOC和CBOC信号,实现了两个系统间的互操作.我们给出了互操作的概念,分析了互操作的需求,利用卫星轨道数据验证了系统间互操作可有效增加接收机可视卫星数目,改善DOP值.利用码跟踪误差和多径包络曲线分析了GPS和Galileo互操作信号性能,最后初步探讨了北斗与GPS,Galileo进行互操作的方式.     

一种新型北斗B2频段信号的设计

AltBOC调制信号具备在上下边带承载不同服务的能力,既可独立接收处理单边带信号达到传统BPSK信号性能,也可联合处理实现更高的定位精度,并作为北斗导航系统B2频段的基线。但是AltBOC也有复用效率低调制复杂等缺点。设计了一种新的具有恒包络的调制方式PS-AltBOC(phase shifted AltBOC),详细阐述了PS-AltBOC的调制原理,给出PS-AltBOC的时域频域表达式,并且与AltBOC对比分析了功率谱密度,抗多径能力,带外损耗性能等。分析结果表明,PS-AltBOC与AltBOC具有相似的功率谱密度、抗多径能力、以及码跟踪能力,当接收机前端滤波带宽在30~150 MHz时,其带外损失小于AltBOC调制。仿真结果表明PS-AltBOC可作为北斗B2频段的候选调制方式。     

北斗三号卫星新信号数据质量分析

目前,北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新增了互操作信号B1C和B2a,为保障BDS-3的定位精度,有必要对新信号的观测数据进行全面分析。文章选取2020年4月1日至10日共10 d 19个iGMAS跟踪站的观测数据,从数据完整率、信噪比、多路径效应、电离层延迟变化率等4个方面进行评价,并与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a对比,对9颗BDS-3中圆地球轨道(Medium Earth Orbit, MEO)卫星的观测数据进行评估。结果表明:B2a在数据完整率、信噪比、多路径效应方面略优于B1C,但差距不大,B1C在抑制电离层延迟变化率方面优于B2a; BDS-3的B1C/B2a与GPS、Galileo的兼容频率基本处于同一水平,在信噪比、电离层延迟变化率等方面甚至优于L1/L5、E1/E5a。     

Compass B1信号设计中的非对称ALTBOC复用技术

中国第二代卫星导航系统(Compass)将分为区域和全球系统2个阶段完成,使得研发多路导航信号复用技术实现Compass的平稳过渡问题成为一项紧迫任务。该文提出了一种非对称ALTBOC复用技术,通过复子载波将调制在2个不同中心频点,具有不同调制方式和码速率的4路二进制信号分量恒包络复用在同一载波上。仿真结果表明:该方法复用损耗小于1dB,在非匹配接收模式下,采用4MHz带宽和10MHz带宽接收的相关信噪比损耗分别约为1.5dB和1.1dB,具有较高的复用效率和较好的信号接收性能,是实现Compass B1区域信号和全球信号平稳过渡的有效解决方案。     

线性调频信号源的研制

提出了一种具体的C波段的线性调频信号源的设计方案．该方案是基于最新的直接数字频率合成技术（DDS）和锁相环频率合成（PLL）相结合的结构,利用DDS与PLL进行混频产生所需信号,重点阐述了系统的硬件实现,包括系统设计方案、主要电路模块设计及高速PCB板设计的关键技术等,并针对实际调试过程中的常见问题给出具体的解决方案．     

基于PCO+FFT的B1C导航信号捕获算法

为了对采用BOC调制的B1C导航信号进行捕获,提出了基于PCO+FFT的导航信号捕获算法。首先,在深入分析B1C信号特点的基础上,对分段长度和FFT点数进行选择;其次,从相干积分增益、非相关积分增益、多普勒测频范围与测频分辨率、检测概率等几个方面对该算法进行了深入地推导;再次,给出基于新算法的FPGA实现方案;最后,通过仿真验证算法的有效性。在FPGA硬件平台上进行实测的结果显示了方案的正确性。将副载波剥离的方式以及基于状态机的控制核心的实现思路可为导航信号捕获算法的改进提供参考。     

两种抗应激剂对恒河猴抗热应激作用的试验研究

目的研究两种抗应激剂对恒河猴热应激的影响。方法将6只恒河猴随机分为A,B两组采血做9项血液学及9项血液生化指标测定,A组日粮中每只添加VC300 mg/d和VE50 mg/d;B组日粮中添加0.2%苜草素,饲喂两个月后分别将A、B两组恒河猴放入(32±1)℃,湿度70%猴房内,1 h后采血,测定相应血液学及血液生化指标。结果两组动物血液学各项指标试验前后差异不显著(P>0.05);而血液生化值呈现:A组试验后AST、ALP、LDH分别为(101±23.64)U/L,(623.67±233.12)U/L,(1384.33±807.66)U/L,试验前后差异不显著(P>0.05);B组试验后TP、ALB分别为(83.83±16.32)g/L,(38.53±0.57)g/L;试验前后差异不显著。结论VC和VE在恒河猴抗热应激过程中主要作用于维持血液中AST、ALP、LDH的活性稳定,而苜草素主要作用于维持血液中TP、ALB的稳定,两种添加剂能有效提高恒河猴抗热应激的能力。     

Compass导航信号性能评估研究

卫星导航信号体制决定了导航系统的先天性能,是系统设计和升级过程中必须考虑的关键因素之一.本文提出了卫星导航信号体制的性能评估方法,并评估了Compass信号的性能.该评估方法包含了精度、抗干扰、抗多径、兼容性四个方面的内容,分别采用了Gabor带宽、解调抗窄带/匹配谱干扰品质因数、跟踪抗窄带/匹配谱干扰品质因数、多径误差包络、连续平均多径误差包络、谱分离系数、谱安全指数等指标来刻画这些方面的性能.基于我国对外公布的最新信号体制框架,将Compass信号体制和GPS,Galileo信号体制进行对比分析.分析结果表明：对于民用信号,Compass的性能最佳;对于特殊用户,Compass的精度、抗多径能力和GPS,Galileo相当,但抗干扰能力低于GPS和Galileo.这意味着Compass系统在未来的特殊条件下处于劣势.最后,给出了信号体制优化的建议.     

基于北斗二代系统的船用导航仪硬件设计及关键算法研究

摘要：随着北斗新一代全球卫星导航系统的实施,船舶导航关键设备将实现从GPS到北斗的更新与应用。本文首先介绍了基于北斗二代卫星导航系统的ARM嵌入式船用导航仪的设计原理及硬件平台,该导航仪采用ARM9系列的S3C2410A处理器作为导航仪的基础硬件平台,采用专用的北斗基带芯片接收北斗卫星信号并进行处理,加上必要的外围电路;此基础上对适合船用的北斗基带芯片核心算法进行了研究,即北斗卫星信号的捕获、跟踪算法研究,并给出导航定位实验结果。