GNSS中TDDM-BOC信號同步方法研究.pdf

1、第1章緒論1.1課題研究的目的及意義GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem），即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，它是泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括區(qū)域性的、全球性的和增強(qiáng)性的導(dǎo)航系統(tǒng)[1]。如美國的全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，GPS）、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GLONASS）、歐洲的伽利略定位系統(tǒng)（GalileoPositi

2、onSystem）和我國的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)（Compass）等。GNSS不僅具備全天候連續(xù)提供全球高精度高精度導(dǎo)航的能力，同時還能服務(wù)于高精度大地測量、交通運輸管理載體姿態(tài)測量、精密授時、氣象觀測、國土安全范圍等多個領(lǐng)域。GNSS的全球性、實時性、高精度等特點使其在全球范圍內(nèi)得到廣泛使用，具有政治、經(jīng)濟(jì)、軍事國防等多方面的重要意義，很多國家都在競相發(fā)展全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，使其GNSS是目前發(fā)展最迅速的信息技術(shù)之一[2]。隨著GNSS的快速

3、發(fā)展，將面臨導(dǎo)航系統(tǒng)上百顆導(dǎo)航衛(wèi)星同時存在以及相互兼容共存的局面。其次，用戶對GNSS的全球性、實時性、準(zhǔn)確性、安全兼容性等要求越來越高，就面臨著要根據(jù)各個導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的不同特點和優(yōu)勢，對用戶所需的精度、可靠安全性和費用等，選擇不同的導(dǎo)航系統(tǒng)甚至是不同導(dǎo)航系統(tǒng)的組合。對于如此多的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及用戶需求的要求越來越高所帶來的問題就是：如何在有限的頻帶內(nèi)合理有效的互不干擾的利用頻率資源。開始的導(dǎo)航信號一般使用BPSK（BinaryPhas

4、eShiftKeying，二相相移鍵控）調(diào)制方式，但BPSK調(diào)制方式的頻帶利用率相對較低。若能將軍民信號甚至不同導(dǎo)航系統(tǒng)的信號在頻譜上實現(xiàn)分離，則能很大程度上提高頻帶的利用率，而BOC（BinaryOffsetCarrier，二進(jìn)制偏移載波）調(diào)制信號的頻譜分裂特性，剛好能夠解決這個問題，并且BOC調(diào)制信號比BPSK調(diào)制信號相比，它具有更高的信號同步精度和更好的抗干擾能力等優(yōu)點[3]。信號的同步是GNSS信號接收的核心，也是GNSS真正能

5、夠應(yīng)用于實際的關(guān)鍵。而在GNSS信號的同步過程中，信號會受到多普勒頻移、多徑干擾等一系列復(fù)雜環(huán)境的影響，這對信號本身的要求將很嚴(yán)格。而時分?jǐn)?shù)據(jù)TDDM（Time第1章緒論全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)全球增強(qiáng)系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)區(qū)域定位系統(tǒng)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)GPS(美國)GLONASS(俄羅斯)Galileo(歐盟)Compass(中國)OmnistarStarFireQZSS(日本)IRNSS(印度)Beidou1(中國)PRARE(德國)WAAS(美國)D

6、IS(法國)MSAS(日本)EGNOS(歐盟)GAGAN(印度)SDCM(俄羅斯)圖1.1GNSS的主要構(gòu)成框圖Fig.1.1ThemainstructurediagramofGNSS由于美國民用需求以及軍方對實時、精確和連續(xù)的導(dǎo)航要求，1958年美國軍方提出了GPS計劃，在1973年GPS的可行性方案才被提出，直到1978年，首顆GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射工作，美國在1995年GPS星座系統(tǒng)建成時宣告GPS正式進(jìn)入全面運行狀態(tài)。而新一代GPS

7、是由美國陸?？杖娐?lián)合研制，該系統(tǒng)不僅能夠為陸?？杖箢I(lǐng)域提供全天候、全球性、實時的高精度定位和監(jiān)測服務(wù)，同時還用于核爆檢測、情報收集、應(yīng)急通訊、電子對抗、軍事打擊等一些軍事目的[6]。GLONASS系統(tǒng)始建于1976年的前蘇聯(lián)，后由俄羅斯所管和繼續(xù)研究。它由24顆中高度圓軌衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星組成，分布于3個傾斜角度為64.8的軌道平面上，周期為11時15分[7]。GLONASS與GPS不同的是它采用的是頻分多址技術(shù)，即每顆衛(wèi)星獨占一個

8、頻點。由于前蘇聯(lián)的解體和俄羅斯經(jīng)濟(jì)一直不景氣，衛(wèi)星沒有及時補(bǔ)充，但隨著衛(wèi)星導(dǎo)航目前在各領(lǐng)域的重要性日益突出，以及俄羅斯目前所面臨的國際形勢，俄羅斯預(yù)計劃發(fā)射76顆GLONASS衛(wèi)星，組建GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)確定海上、陸地及空中物體的速度及坐標(biāo)信息是其最主要的服務(wù)內(nèi)容[8]。歐盟各國于2003年啟動了全球民用多模衛(wèi)星定位系統(tǒng)Galileo計劃。Galileo在設(shè)計頂層時起點較高，能夠與GPS和GLONASS系統(tǒng)相互兼容，