衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星載擴(kuò)頻接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、星載導(dǎo)航接收機(jī)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星有效載荷的重要組成部分，可用于上行注入信號(hào)接收和星間鏈路信號(hào)接收。由于受限于器件和空間環(huán)境、可靠性的約束，其研制難度遠(yuǎn)大于地面應(yīng)用的接收機(jī)，其中硬件資源與高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性的矛盾尤為突出。本文圍繞星載接收機(jī)資源強(qiáng)約束下的前端優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限字長(zhǎng)效應(yīng)、高精度載波跟蹤、空間存儲(chǔ)器抗輻照展開(kāi)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)的無(wú)失真采樣和最優(yōu)量化問(wèn)題，建立了濾波、采樣和量化

2、綜合作用下的解擴(kuò)輸出模型，在分析采樣時(shí)鐘頻率偏移和抖動(dòng)以及量化對(duì)解擴(kuò)輸出性能影響的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得到濾波、采樣和量化作用下解擴(kuò)輸出信噪比定量的解析關(guān)系，揭示了三種因素對(duì)解擴(kuò)輸出性能的影響。通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明了解析公式的正確性。研究成果為接收機(jī)前端的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。⑵針對(duì)輸入信號(hào)字長(zhǎng)效應(yīng)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理性能影響的問(wèn)題，建立了接收機(jī)中非線(xiàn)性信號(hào)處理的通用模型，分析輸入有限字長(zhǎng)偽碼捕獲、載波跟蹤、偽碼跟蹤等模塊輸出性能的影響，在此

3、基礎(chǔ)上提出了基于改進(jìn)蟻群算法的最優(yōu)字長(zhǎng)設(shè)計(jì)方法。得到在滿(mǎn)足性能要求前提下，系統(tǒng)代價(jià)最小的各組成模塊字長(zhǎng)設(shè)計(jì)方案。研究結(jié)果為接收機(jī)中的字長(zhǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。⑶針對(duì)星載接收機(jī)鎖相環(huán)路高精度跟蹤與資源強(qiáng)約束的問(wèn)題，分別提出了基于相位預(yù)壓縮的點(diǎn)積鑒相器設(shè)計(jì)與基于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算原理的反正切鑒相器設(shè)計(jì)方法。改進(jìn)的鑒相器將收斂區(qū)間擴(kuò)大1倍，有效提高了線(xiàn)性鑒相范圍和環(huán)路跟蹤精度，改進(jìn)的實(shí)現(xiàn)方法較傳統(tǒng)方法，在相同的誤差精度下（≤2-8），收斂時(shí)間約

4、提高3倍，在相同的迭代次數(shù)下（8次），精度約提高30倍。⑷針對(duì)空間單粒子效應(yīng)導(dǎo)致的存儲(chǔ)器瞬時(shí)錯(cuò)誤問(wèn)題，推導(dǎo)出多因素影響下的存儲(chǔ)器系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間和可靠性公式。提出了一種基于編碼復(fù)雜度、存儲(chǔ)容量、刷新間隔等因素加權(quán)的多目標(biāo)優(yōu)化算法。通過(guò)對(duì)編碼方式、刷新間隔、糾錯(cuò)能力和存儲(chǔ)器容量等因素對(duì)系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間的影響分析，得到滿(mǎn)足系統(tǒng)可靠性要求的最優(yōu)代價(jià)函數(shù)的設(shè)計(jì)策略。理論分析與仿真結(jié)果表明，降低刷新時(shí)間間隔和增加編碼的糾錯(cuò)能力均能有效提高存儲(chǔ)

5、器的可靠性；糾錯(cuò)能力不變時(shí)，采用的編碼方式對(duì)可靠性有影響；要得到滿(mǎn)足可靠性要求的最優(yōu)實(shí)現(xiàn)方案必須綜合考慮以上因素對(duì)實(shí)現(xiàn)代價(jià)的影響。研究成果為存儲(chǔ)器抗輻照的最優(yōu)工程設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。⑸針對(duì)空間輻照環(huán)境下存儲(chǔ)器以字節(jié)為單位存取時(shí)的多位翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于（13,8）循環(huán)碼構(gòu)成的（26,16）交織碼，能糾正小于二位隨機(jī)錯(cuò)誤和四位突發(fā)錯(cuò)誤，相比傳統(tǒng)糾一位隨機(jī)錯(cuò)誤的（13,8）循環(huán)碼，在資源占用和編譯碼延時(shí)基本相同的情況下，具有更強(qiáng)的糾錯(cuò)能

6、力。針對(duì)存儲(chǔ)器以塊為單位存取時(shí)的多位翻轉(zhuǎn)問(wèn)題，改進(jìn)了一種n1行n2列的A(n1，n2,1)乘積碼，采用對(duì)角線(xiàn)間隔為1的方式傳輸，相比使用相同循環(huán)碼進(jìn)行n1次交織形成的交織碼，具有減少1個(gè)譯碼器資源和增加糾正n1?1個(gè)突發(fā)錯(cuò)誤的優(yōu)點(diǎn)，適用于硬件資源和實(shí)時(shí)性約束強(qiáng)的應(yīng)用場(chǎng)合。⑹基于空間無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)的架構(gòu)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了XX衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星載上行擴(kuò)頻接收機(jī)，整機(jī)測(cè)試和在軌運(yùn)行結(jié)果表明，接收機(jī)在功耗、可靠性、測(cè)距性能上均達(dá)到并超越設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。同