混合二进制偏移载波调制技术

针对即将在全球卫星导航定位系统GPS的L1民用信号和伽利略卫星导航定位系统的L1开放服务信号中使用的BOC调制技术的优化问题,对MBOC调制技术的基本概念作了重点介绍。并在此基础上用仿真方法验证MBOC(6,1,1/11)信号的多径误差和Gabor带宽,给出仿真结果,同时与BOC信号作比较。仿真结果表明:在采用正弦副载波时,MBOC(6,1,1/11)信号的抗多径性能相对于BOC(1,1)信号和BOC(2,2)信号有明显改善;但在采用余弦副载波时,MBOC(6,1,1/11)信号的抗多径性能相对于BOC(2,2)信号没有明显改善,并且BOC(2,2)信号在Gabor带宽方面还要优于MBOC(6,1,1/11),而BOC信号接收机结构的实现却更加容易。因此,余弦副载波类型的BOC(2,2)相对于MBOC(6,1,1/11)更有优势。

基于扫频二进制偏移副载波的伪码扩频调制体制及其特性的研究

该文基于常规二进制偏移载波(BOC)调制体制的数学模型,提出一种新型的基于扫频二进制偏移载波调制(FC-BOC)的伪码扩频体制。在这种调制体制中,BOC调制体制数学模型中的固定频率二进制偏移载波被改进为线性扫频二进制偏移载波,使之不仅继承了BOC信号的性质,还具有更加独特的性质。仿真研究和算法实验表明:FC-BOC调制体制保留了BOC调制体制的主要优点,特别是具有狭窄的主相关峰和出色的副峰抑制特征而避免了多相关峰模糊性,功率谱密度函数呈现类似带通白噪声功率谱密度函数的形态。FC-BOC调制体制信号生成算法、接收算法的结构与常规BOC调制体制类似,算法复杂度相当于常规BOC调制体制,适合纯数字编程设计实现。

GPS时分二进制偏移载波调制信号的高精度无偏抗多径算法

二进制偏移载波调制信号将在卫星导航系统中得到广泛应用。全球定位系统的L1C信号导频分量采用了时分二进制偏移载波调制,对此信号直接采用码参考波形算法消除多径时的鉴别曲线收敛点存在偏差,从而影响测距偏差。因此,提出一种时分二进制偏移载波调制信号的高精度无偏抗多径算法。通过时分的方式分别生成针对BOC(1,1)和BOC(6,1)分量的本地闸波,以保证鉴相函数在码相位无偏差时等于0。由于更好地利用了BOC(6,1)信号分量,该技术在实现无偏跟踪的同时,还能提高跟踪精度。

基于相关函数的二进制偏移载波调制信号无模糊捕获模型

针对二进制偏移载波(BOC)调制信号捕获模糊问题,提出了一种基于本地BOC信号分解-合成的算法。首先,将副载波按照本地BOC信号的阶数n进行分解;其次,把分解得到的函数分别与伪随机码相乘,得到2n个BOC信号子函数,再分别与接收BOC信号作互相关得到2n个互相关函数;最后,将上一步得到的2n个互相关函数按照分解-合成算法进一步处理。理论分析和仿真结果表明,与OQCC算法相比,在捕获BOC(1,1)和BOC(2,1)信号时,该分解-合成算法的主副峰分离度(ASDMSP)有21.51 d B和3.4 d B的提高。实验结果表明,该分解-合成算法能够有效解决BOC信号捕获模糊问题。

北斗B1C频点正交复用二进制偏移载波信号闸波设计方法

第3代北斗卫星导航系统中B1C频点信号将使用正交复用二进制偏移载波调制方式。为了增强北斗卫星导航接收机码跟踪环路的抗多径性能并且解决码跟踪中的模糊跟踪问题,该文针对正交复用二进制偏移载波调制信号QMBOC(6, 1, 4/33)提出一种双闸波码跟踪环路结构。根据理想的目标鉴相函数和二进制偏移载波调制信号自相关函数的特点分别设计出针对BOC(1, 1)和BOC(6, 1)信号的闸波,并在本地码跟踪环路中使用这两种不同的闸波分别与输入信号相关,最后将所得的两个相关函数进行加权合并以用于鉴相过程。计算机仿真结果表明所提方法不仅能够有效消除QMBOC(6, 1, 4/33)信号的模糊跟踪可能性,且能够大幅增强接收机的抗多径性能,其对应多径误差包络面积相比于现有的方法能够减少约33%。

时分数据调制偏移载波信号的多参数盲估计

针对时分数据调制二进制偏移载波(TDDM-BOC)信号副载波速率、伪码速率以及载频等参数盲估计问题,该文提出一种基于频域累积的循环自相关算法。首先在接收端对TDDM-BOC信号求循环自相关函数,再在频域累积,通过检测不同切片上的谱峰间隔,可以同时估计以上多个参数。仿真实验证明了改进型的循环自相关算法能在低信噪比下达到较为精确的估计性能,这为我国"北斗"导航接收机的研发提供了一定的理论参考。

基于FPGA的MBOC中频调制信号的实现

MBOC调制信号是Galileo和GPS系统的互操作导航信号调制方式。在研究MBOC调制信号产生机理的基础上,对MBOC调制信号的特性进行了分析,并在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现了MBOC调制信号,给出了仿真和测试结果。实验表明,该实现方式正确可行,对于新的导航信号结构的研究和新一代接收机的研制具有极其重要的意义。

TDDM-BOC调制信号参数估计方法

在研究TDDM-BOC调制信号产生机理的基础上,对TDDM-BOC调制信号的特性进行了分析.依据TDDM-BOC调制序列自相关函数与信号参数之间的关系,提出一种TDDM-BOC调制信号参数估计方法,实现了对信号载波频率、扩频码速率和方波副载波速率的有效估计,并对算法性能进行了仿真.仿真结果表明算法可在信噪比高于-14 dB条件下实现有效估计.

卫星导航信号设计中调制方式的新选择

针对在拥挤的L频段设计更高性能卫星导航信号体制的问题,提出该频段部分信号采用最小频移键控(mini mumshift keying,MSK)调制。首先建立最小频移键控-二进制偏移载波(mini mumshift keying-bina-ry offset carrier,MSK-BOC)调制的通用数学模型,然后以典型的GPS L1-CA、GPS L1-P(Y)和GPS L1-M信号为例,仿真并对比讨论了这3种信号分别采用MSK调制和二相移相键控(binary phase shift keying,BPSK)调制时的码跟踪误差、多径误差包络、自相关函数和功率谱密度。分析结果表明,当卫星导航信号满足一定条件时,采用MSK调制能够获得比BPSK调制更好的性能,论证了在卫星导航系统L频段采用MSK调制的可能性。

基于GPU的北斗B1宽带复合信号实时发生器设计

为了实现北斗B1C+B1I信号的联合生成,提出一种基于软件无线电和图形处理器(graphics processing unit,GPU)加速的北斗B1宽带复合信号的实时生成方法,该方法针对单边带复数二进制偏移载波(single-sideband complex binary offset carrier,SCBOC)调制方式的信号体制进行设计,系统根据用户配置的接收机运动轨迹和星历文件,生成中频信号并通过射频端发射。为了进一步提升GPU并行运算速度,从优化设备内存结构、设计并行线程架构和统一计算设备架构流(compute unified device architecture stream,CUDA)加速3个方面,设计了基于异步运算的加速采样点数据计算的CUDA优化实现方案。测试结果证明,优化后的算法可以基于SCBOC调制实时生成北斗B1I+B1C信号,基于GTX3060的GPU平台,信号90 M采样率下能实现8颗卫星复合信号的实时生成。

TDDM-BOC信号副载波类型识别及参数盲估计

针对低信噪比下二进制偏移载波时分数据调制(time division data modulation-binary offset carrier,TDDM-BOC)信号的副载波类型盲识别及参数盲估计问题,提出了一种改进的基于循环谱包络的方法。该方法首先建立副载波分别为正弦和余弦时的TDDM-BOC信号模型,然后推导其对应的循环谱包络,最后通过在循环频率域的一维搜索即可完成副载波的类型识别以及伪码速率和副载波速率的盲估计。仿真分析表明,对于TDDMBOC(10,5)信号,该方法能在低信噪比下对副载波类型进行有效识别并且实现伪码速率、副载波速率的有效估计。

一种TDDM扩频方式下BOC调制信号的同步方法

关于时分数据调制(TDDM)扩频方式下二进制偏移载波(BOC)调制信号(简称T-B信号)的同步接收问题,目前还没有较好的解决方案。针对传统同步方法在TDDM方式下成功概率低,无法满足TDDM扩频方式接收要求的问题,提出了一种T-B信号同步方法。根据T-B信号的特点,采用粗同步、精同步的方法对T-B信号进行处理实现信号的直捕和跟踪。仿真结果表明,此方法解决了T-B信号的直捕及跟踪问题,且输出导航电文的正确率大于98%.

GNSS模拟器中频调制卡设计与实现

GNSS(Global Navigation Satellite System)信号模拟器能够根据用户所设置的GNSS系统和信号形式、载体动态和环境参数,精确模拟出载体收到的卫星信号,这为GNSS系统级仿真试验和接收机的测试提供一种高效的工具.主要研究兼容多系统多频点的卫星信号模拟器中频信号发生器和数字信号处理技术,提出了数字合路与功率控制的方法和信号相位精确模拟的途径;在基于PCIE+DSP+FPGA+DAC架构的中频板卡上完成了与PC通信、波形控制参数计算和更新、基带信号调制以及模拟中频信号的产生;最后给出了与相应的GNSS接收机的对接结果,验证了所产生中频信号的正确性和信号质量.

下一代GNSS导航系统中的MBOC调制及性能分析

下一代全球导航卫星系统中将采用混合二进制偏移载波信号调制方式,其中Galileo E1 OS拟采用复合副载波调制技术,GPS L1C拟采用时分多副载波调制技术。针对混合二进制偏移载波信号调制方式,首先对相关调制技术进行了描述,并通过Matlab仿真,分别从功率谱密度、热噪声码环跟踪误差和多径误差包络三方面,将MBOC(6,1,1/11)与伽利略系统最初拟采用的BOC(1,1)和传统GPS导航系统中的BPSK(1)信号调制方式性能进行了对比分析。结果显示,MBOC(6,1,1/11)具有更加丰富的高频分量和更好的自相关特性,且热噪声码环跟踪误差性能和抗多径性能均优于BOC(1,1)和BPSK(1)调制。

BOC调制信号抗多径双环估计方法

双环估计方法是为了解决全球卫星导航系统中二进制偏移载波(binary offset carrier,BOC)调制信号模糊跟踪问题所提出的一种码相位估计方法。为了提高双环估计方法的抗多径性能,将双环估计中本地产生的伪随机码转变为仅在码片边沿出现的双极性归零码,从而使得二维相关函数具有更尖锐的二维相关峰值,进而使得双环估计具有较强的抗多径性能。理论上重点分析了本文所提方法在带限条件下的抗多径性能,并进行了仿真实验。结果表明,相对于现有方法,本文所提方法能够同时实现对BOC调制信号的无模糊、抗多径、抗低载噪比的相位估计。

Galileo卫星导航系统中的BOC调制与接收技术

介绍了二进制偏移副载波(BOC)调制的原理、性能及其扩频信号相关特性。在分析E5波段Galileo导航信号的接收和捕获技术的基础上,提出了改进的数字化基带处理模型和信号捕获方法。用结构仿真对基带信号处理模型和信号捕获算法进行仿真验证。仿真系统实现了标准E5波段Galileo导航信号的发生、数字化中频接收和基带信号处理,以及信号捕获。结果表明该信号处理方法能消除BOC调制扩频信号自相关函数多峰特性导致的捕获性能下降,可显著提高伪码顺序搜索速度,并大幅缩减跟踪环路的硬件规模。

GPS中BOC调制的FPGA实现

GPS系统中提出了一种新的信号形式,二进制偏移载波(BOC)调制是这种新的信号形式产生的技术关键。首先介绍了BOC调制的定义及其频谱特性,然后阐述了基于FPGA(现场可编程门阵列)硬件平台的BOC调制实现方法,并给出了仿真波形。结果表明,该实现方法是值得提倡的。

BOC调制信号的特性分析

二进制偏移载波(BOC)调制是GPS现代化后采用的新军用信号(即M码信号)的调制方式,其设计灵活性和可变性在导航战中是非常重要的。推导并分析了不同形式BOC信号的自相关函数、功率谱、循环谱和循环谱包络切面特性,分析结果对下一步BOC信号的参数估计和模式识别具有参考价值。

改进的TMBOC调制信号闸波相关鉴相方法

为了实现卫星导航系统中时分二进制偏移载波调制信号的无模糊抗多径跟踪问题,提出一种基于闸波相关的改进鉴相方法.首先,将时分二进制偏移载波调制信号与偏移0.5个码片的W2形闸波和偏移0.5个码片的伪随机码分别进行相关;然后,将相关结果相乘,即可获得无模糊且对称性良好的码鉴相曲线.对所提方法得到的码鉴相曲线的性质进行了分析和实验仿真,结果证明:这种方法实现简单,且得到的鉴相曲线基本具有较好的中心对称性,具有较强的抗多径能力,能够实现无模糊跟踪.所提方法相对于已有的闸波相关方法更加适合于时分二进制偏移载波调制信号的鉴相.

北斗全球系统导航信号恒包络调制和复用技术

出于以导频通道为代表的北斗全球导航卫星系统现代化信号结构升级以及后向兼容的需求,北斗系统近几年提出了多种新型恒包络调制和复用技术,包括适用于北斗系统B1频点的正交复用二进制偏移载波(QMBOC)调制和非对称双正交相移键控(ADualQPSK)调制,适用于B2频点的时分复用AltBOC(TDAlt BOC)调制与非对称恒包络二进制偏移载波(ACE-BOC)调制,适用于B3频点的双正交相移键控(DualQPSK)调制,适用于双边带任意信号路数、任意功率配比的广义恒包络二进制偏移载波(GCE-BOC)调制。本文系统性地论述了北斗全球系统中提出的多种新型恒包络调制和复用技术,在此基础上基于GCEBOC调制总结出了一种恒包络调制的统一解析表示形式,对全面理解北斗全球系统信号设计思路及在此基础上发展设计新型的恒包络调制和复用技术均能提供重要的借鉴。