面向弱信號(hào)環(huán)境的GNSS偽碼設(shè)計(jì)及捕獲技術(shù)研究.pdf

1、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System, GNSS）在國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要性日益凸顯，許多國(guó)家和地區(qū)都在積極構(gòu)建擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GNSS系統(tǒng)。在系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，如何提高GNSS系統(tǒng)的可靠性、完好性及定位精度始終是研究的主要目標(biāo)，特別是近年來(lái)隨著GNSS應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，在信號(hào)衰減嚴(yán)重的弱信號(hào)應(yīng)用環(huán)境中如何提高定位可靠性受到了人們的普遍關(guān)注，成為當(dāng)前GNSS研究的熱點(diǎn)。
　　在諸多影

2、響弱信號(hào)環(huán)境下GNSS定位性能的因素中，信號(hào)體制和接收技術(shù)是其中最重要的兩個(gè)?？紤]到偽碼設(shè)計(jì)是信號(hào)體制設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，在很大程度上決定了GNSS信號(hào)性能；而捕獲技術(shù)則是弱信號(hào)接收技術(shù)的關(guān)鍵，因此本文主要針對(duì)GNSS偽碼設(shè)計(jì)和弱信號(hào)捕獲技術(shù)兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究，以提高弱信號(hào)環(huán)境下GNSS系統(tǒng)的定位性能。本文的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
　　1）針對(duì)弱信號(hào)環(huán)境下強(qiáng)多址干擾引起的GNSS信號(hào)誤捕獲問(wèn)題，提出了一種能夠明顯改善弱信號(hào)捕獲性

3、能的非等長(zhǎng)偽碼設(shè)計(jì)方法。這種非等長(zhǎng)偽碼設(shè)計(jì)方法克服了長(zhǎng)偽碼存在的捕獲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及短偽碼存在的互相關(guān)隔離度過(guò)低的問(wèn)題，通過(guò)令同一系統(tǒng)不同信號(hào)間偽碼碼長(zhǎng)互質(zhì)，有效的降低了偽碼互相關(guān)值，改善了弱信號(hào)環(huán)境下的信號(hào)捕獲性能，實(shí)現(xiàn)了捕獲時(shí)間和捕獲性能的折衷。為了充分說(shuō)明非等長(zhǎng)偽碼設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)，本文從時(shí)域和頻域兩方面闡述了非等長(zhǎng)碼改善弱信號(hào)捕獲性能的原理，并對(duì)該偽碼設(shè)計(jì)方法對(duì)弱信號(hào)捕獲的改善作用進(jìn)行分析，之后通過(guò)仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。結(jié)果表明，

4、在相同接收條件下，采用非等長(zhǎng)偽碼設(shè)計(jì)時(shí)信號(hào)的檢測(cè)概率明顯高于相當(dāng)長(zhǎng)度等長(zhǎng)碼情況。對(duì)于弱信號(hào)情況下多址干擾引起的碼跟蹤誤差，非等長(zhǎng)偽碼設(shè)計(jì)亦有明顯的改善效果。非等長(zhǎng)偽碼設(shè)計(jì)方法使多址干擾引起的碼跟蹤環(huán)鑒別器輸出誤差呈現(xiàn)隨機(jī)變化的特點(diǎn)，這樣碼跟蹤環(huán)路濾波器可方便濾除多址干擾引起的碼跟蹤誤差，使碼跟蹤精度得以提高。理論分析和仿真結(jié)果驗(yàn)證了非等長(zhǎng)碼對(duì)弱信號(hào)環(huán)境碼跟蹤精度的改善作用。
　　2）為了克服獨(dú)立捕獲模式下因后相關(guān)處理增益較低而無(wú)法

5、保證弱信號(hào)可靠捕獲的問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的差分累加后相關(guān)處理技術(shù)。論文首先對(duì)獨(dú)立捕獲模式三種常見(jiàn)的后相關(guān)處理技術(shù)（即相干累加、非相干累加和差分累加）進(jìn)行分析對(duì)比，得出因差分累加具有相位解旋的作用且無(wú)明顯的平方損耗，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)不太敏感，故更適用于弱信號(hào)環(huán)境 GNSS信號(hào)捕獲的結(jié)論。之后詳細(xì)分析了導(dǎo)航數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)和載波頻率估計(jì)誤差對(duì)傳統(tǒng)差分后相關(guān)技術(shù)處理增益造成的影響，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)弱信號(hào)環(huán)境提出一種改進(jìn)的半比特頻率補(bǔ)償差分后相關(guān)技術(shù)。

6、該技術(shù)通過(guò)在捕獲環(huán)節(jié)引入多普勒頻差補(bǔ)償，消除了多普勒頻率估計(jì)偏差引起的處理?yè)p耗，并通過(guò)半比特處理技術(shù)消除了相干積分環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)可能帶來(lái)的的處理?yè)p耗，使弱信號(hào)捕獲概率明顯提高。理論分析和仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的后相關(guān)差分累加處理技術(shù)捕獲性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)差分累加技術(shù)，具有更高的捕獲靈敏度和可靠性。
　　3）針對(duì)弱信號(hào)情況下非白射頻干擾對(duì)信號(hào)的捕獲和跟蹤性能影響較大且難以分析的問(wèn)題，提出了一種系統(tǒng)的非白干擾的白化分析方法。該方法將非白干擾通

7、過(guò)相應(yīng)的白化系數(shù)轉(zhuǎn)化成易于分析的等效白噪聲，簡(jiǎn)化了非白干擾的分析過(guò)程?？紤]到非白干擾對(duì)捕獲及載波跟蹤性能的影響主要體現(xiàn)在即時(shí)通道，本方法在分析非白干擾對(duì)即時(shí)通道的影響時(shí)，通過(guò)首先推導(dǎo)白噪聲分析模型，之后直接將非白干擾的等效白噪聲替換已有模型白噪聲的方法，簡(jiǎn)化了非白干擾對(duì)相關(guān)輸出信噪比和載波跟蹤精度影響的分析過(guò)程，使非白干擾的影響作用更直觀；對(duì)于非白干擾對(duì)碼跟蹤的影響，則充分考慮了相干早遲處理碼跟蹤環(huán)和非相干早遲處理碼跟蹤環(huán)的特點(diǎn)，通過(guò)引