衛(wèi)星導(dǎo)航信號增強技術(shù)研究.pdf

1、在一些特殊的環(huán)境中，由于受衰減、遮擋以及強干擾等因素的影響，會使得接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的可用性和完好性發(fā)生顯著地降低，進而影響到最終的導(dǎo)航定位結(jié)果，因此需要對這些情況下的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行增強以提高信號性能。同時，在一些特殊的應(yīng)用中如軍事衛(wèi)星導(dǎo)航等，也需要對衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行增強以提高系統(tǒng)的抗干擾性能和工作可靠性?；诖?，論文重點研究了利用信號轉(zhuǎn)發(fā)、偽衛(wèi)星信號輔助、循環(huán)譜分析和頻移濾波、信號編碼、以及抗多徑等技術(shù)實現(xiàn)的幾種典型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號

2、增強方法，以及它們具體的實現(xiàn)過程，同時對利用這些方法增強后的衛(wèi)星導(dǎo)航信號性能也進行了仿真和分析。論文主要貢獻如下：
　　(1)提出了一種利用地球同步軌道通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號的方法。首先給出了利用地球同步軌道通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號的原理，并對通信衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號時所受的干擾進行了分析，給出了衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號的疊加功率與通信信號誤碼率之間的定量關(guān)系。同時也分析給出了衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號解調(diào)

3、誤碼率與衛(wèi)星通信信號強度之間的關(guān)系。接著重點研究了在導(dǎo)航信號接收端對頻譜重疊強衛(wèi)星通信信號進行抵消的方法，給出了一種利用頻移濾波及遞歸最小二乘自適應(yīng)算法來消除通信干擾并分離出弱衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號的方法及其實現(xiàn)過程。最后通過仿真研究了分離出的弱衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號的跟蹤捕獲性能。仿真結(jié)果表明，這種轉(zhuǎn)發(fā)的頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航增強信號在進行有效的頻移濾波處理后，它的性能可接近或達到相同條件下無頻譜重疊衛(wèi)星導(dǎo)航信號的性能，從而驗證了所提方法的有效性和可行

4、性。
　　(2)針對偽衛(wèi)星輔助GPS應(yīng)用中的“遠近”效應(yīng)問題，提出了一種利用頻移濾波來抑制偽衛(wèi)星“遠近”效應(yīng)干擾的方法。通過該方法可有效增強弱GPS信號的性能，達到擴大接收機工作區(qū)域范圍的目的。首先對偽衛(wèi)星輔助GPS應(yīng)用中的“遠近”效應(yīng)及其常用解決方法進行了分析，并給出了一些定量分析的結(jié)果。然后利用偽衛(wèi)星信號與接收GPS信號在循環(huán)頻率與功率上的差異性，給出了一種利用頻移濾波來有效抑制偽衛(wèi)星“遠近”效應(yīng)干擾，實現(xiàn)對弱GPS信號進行增

5、強的方法。最后通過對偽衛(wèi)星“遠近”效應(yīng)干擾抑制前后弱GPS信號的捕獲性能的仿真對比，驗證了所提方法的有效性。
　　(3)針對一些復(fù)雜電磁環(huán)境下衛(wèi)星導(dǎo)航信號所受的時頻重疊數(shù)字調(diào)制強干擾，提出了一種利用循環(huán)譜分析和頻移濾波技術(shù)來消除時頻重疊強干擾，實現(xiàn)弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號增強的方法。首先給出了利用數(shù)字調(diào)制干擾信號的循環(huán)譜來獲得其循環(huán)譜特征參數(shù)的方法。然后針對實際接收信號中干擾信號循環(huán)參數(shù)先驗信息未知的情況，給出了利用接收信號的循環(huán)譜分析來獲

6、得強干擾信號循環(huán)譜特征參數(shù)的方法及其實現(xiàn)過程。最后在所得干擾信號循環(huán)譜特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，給出了一種利用頻移濾波器及降秩多級嵌套維納濾波算法來消除時頻重疊強干擾的方法。仿真結(jié)果表明，同常規(guī)的干擾濾波方法相比較，利用所提方法可有效地去除時頻重疊數(shù)字調(diào)制強干擾，從而達到增強弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號的目的。
　　(4)針對導(dǎo)航衛(wèi)星中所用卷積碼，提出了一種基于最大狀態(tài)度量歸一化的最大后驗概率(Maximum a Posterioi,MAP)譯碼改進算

7、法。首先對導(dǎo)航衛(wèi)星卷積碼MAP譯碼方法存在的數(shù)值穩(wěn)定性問題進行了分析。然后在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，給出了一種基于最大狀態(tài)度量歸一化的MAP譯碼改進算法及其實現(xiàn)過程。最后通過對改進算法和原算法在不同幀長和不同信道條件下的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)譯碼性能仿真與比較，驗證了算法改進的有效性。
　　(5)為了有效降低多徑信號對測距精度的影響，提高多徑環(huán)境下弱衛(wèi)星導(dǎo)航信號的測距性能，提出了一種TK算子壓縮采樣與多徑幅值估計相結(jié)合的常規(guī)抗多徑方法，以及一種T

8、K算子與多徑估計延遲鎖定環(huán)模塊(Multipath Estimation Delay Locked Loop,MEDLL)相結(jié)合的TKO-MEDLL高級抗多徑方法。在第一種方法中，主要給出了TK算子多徑估計和所得多徑信號相關(guān)曲線重構(gòu)的原理，以及將兩者相結(jié)合的抗多徑方法及其算法實現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，該種抗多徑方法的性能要優(yōu)于窄相關(guān)器，并接近于高分辨率相關(guān)器。而在第二種方法中，主要給出了TKO-MEDLL的抗多徑原理及其詳細地算法實現(xiàn)過程。仿