現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航信號恒包絡(luò)發(fā)射與抗多徑接收技術(shù)研究.pdf

1、信號體制的現(xiàn)代化是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的重要里程碑。自GPS系統(tǒng)運行以來，導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，遠超出了在上世紀70年代設(shè)計的信號服務(wù)能力，催生了以GPS現(xiàn)代化和Galileo計劃為首的現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號體制的發(fā)展?，F(xiàn)代信號體制采用先進糾錯編碼，數(shù)據(jù)導(dǎo)頻分離，二進制偏移載波調(diào)制等新型信號設(shè)計技術(shù)，極大地提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的軍民用服務(wù)性能，但同時現(xiàn)代化信號體制的出現(xiàn)也對導(dǎo)航信號的發(fā)射與接收帶來了新的挑戰(zhàn)。衛(wèi)星導(dǎo)航的頻率資源已經(jīng)嚴重飽和

2、，現(xiàn)代化信號必須與擁有龐大用戶群體的傳統(tǒng)服務(wù)信號共享頻率資源，同時現(xiàn)代化信號普遍使用多個擴頻碼，導(dǎo)致需要在衛(wèi)星上發(fā)射的擴頻碼數(shù)量急劇增加。為降低衛(wèi)星復(fù)雜度，提高信號發(fā)射質(zhì)量，要求多個擴頻碼應(yīng)滿足恒定包絡(luò)復(fù)用條件，而傳統(tǒng)的恒包絡(luò)復(fù)用方法并不能很好地解決導(dǎo)航系統(tǒng)面臨的發(fā)射問題。
　　本文系統(tǒng)研究了在給定信號相位/功率約束條件下最優(yōu)恒包絡(luò)發(fā)射問題。經(jīng)典的二進制信號發(fā)射問題可以得到最優(yōu)的數(shù)值相位查找表，但缺乏對恒包絡(luò)基帶信號各分量的解析描

3、述，導(dǎo)致信號兼容性分析與接收算法設(shè)計只能采用數(shù)值仿真驗證。本文首次從理論上提出了完善的相位查找表至基帶解析信號的求逆算法，解決了缺乏理論分析手段的難題。對典型的三路信號復(fù)用最優(yōu)解的存在性以及非唯一性進行了分析論證。將二進制信號拓展至多電平，建立了更一般化的理論框架并成功推導(dǎo)出AltBOC調(diào)制，論證了更高效率的子載波也不會提高AltBOC的復(fù)用效率?；诒疚奶岢龅睦碚摽蚣?，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨的B1/B3頻段信號的恒包絡(luò)復(fù)用問題給出了兩

4、種調(diào)制方案。DualQPSK調(diào)制將兩個QPSK信號以π/4相位差復(fù)用，效率達到85.36％的極限，可解決B3頻段QPSK(10)信號和新增BOC(15,2.5)信號復(fù)用的難題。UAltBOC信號將一個QPSK信號和兩個同相BPSK信號復(fù)用，可解決B1頻段不同中心頻率信號后向兼容問題?，F(xiàn)代信號體制可有效改善測量精度等導(dǎo)航性能，星歷、電離層誤差隨著模型改進和多頻信號體制已經(jīng)逐漸降低，在現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差預(yù)算中，多徑將仍然是制約導(dǎo)航精度最主要

5、誤差源。
　　本文對BPSK(n)信號的碼相關(guān)參考波形多徑抑制算法進行了系統(tǒng)研究，得出了線性化本地波形的理論極限、非線性波形的一般描述以及非線性波形參數(shù)與帶寬的最優(yōu)設(shè)計，改善了帶限信道BPSK(n)相關(guān)峰變形對MEDLL多徑檢測的虛警問題，實測結(jié)果證明設(shè)計可達到BPSK(n)信號理論多徑誤差抑制極限。BOC調(diào)制是現(xiàn)代導(dǎo)航信號實現(xiàn)頻譜分離的有效手段。BOC信號比BPSK信號有更大的Gabor帶寬，因而具備更高的測距精度，但BOC信號

6、的多峰特性導(dǎo)致傳統(tǒng)的BPSK多徑抑制算法失效。本文研究了目前導(dǎo)航系統(tǒng)中最復(fù)雜的CBOC以及高階BOC信號的抗多徑問題。提出的聯(lián)合多徑抑制算法將CBOC信號的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)通道利用碼參考波形技術(shù)實現(xiàn)多徑抑制，再進行非相干合并消除 BOC(6,1)分量的影響，達到了該信號的多徑抑制極限。高階BOC信號采用QBOC技術(shù)先轉(zhuǎn)化為類BPSK信號，再利用Strobe技術(shù)完成多徑抑制，并探討了帶寬、相關(guān)器間隔等設(shè)計參數(shù)的選擇，實現(xiàn)了簡單有效的無模糊多徑抑