弱信号下“北斗”接收机NH码的快速捕获

在全球卫星导航系统(GNSS)中,延长相关累积时间可以有效提高弱信号捕获灵敏度,但是"北斗"中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道(MEO/IGSO)卫星信号的捕获性能很大程度上受到二次编码(NH)码的影响:调制NH码的信号在每一个码元周期(1 ms)内都有可能发生跳变,对相关累积时间造成一定影响,从而会导致系统捕获灵敏度的下降。为此,提出了一种针对NH码的码元遍历搜索算法,通过遍历累积时间内NH码的所有组合,消除NH码码元引起的误差。实验结果显示,所提算法可以在一定程度上提高卫星信号的捕获成功率,尤其可以至少提高2 d B弱信号的捕获灵敏度。同时,算法可以为信号跟踪提供更加准确的载波频率。

一种克服NH码调制影响的北斗卫星信号捕获方法

基于北斗公开服务信号B1的结构特点,通过理论分析得出了NH码调制对北斗卫星信号在弱信号环境下捕获的影响,并通过仿真验证了理论分析的正确性,最后提出基于二次精频搜索的捕获方法,克服了这种影响。研究结果对北斗弱信号捕获技术的深入研究具有重要指导意义,能够为其他更优秀的北斗弱信号捕获方案提供理论依据。

北斗系统信号NH码处理方法研究

北斗系统的中圆地球轨道卫星及倾斜地球同步轨道卫星信号中调制有1kbit/s的NH码。NH码的存在会造成传统的频率跟踪环路鉴别器错误输出,并且会对导航数据解码造成影响。在对上述问题分析的基础上,提出了采用二相反正切鉴别器来克服NH码跳变的影响,并利用相关法去除导航数据中的NH码后获取导航电文。最后将所提出的上述算法应用于北斗软件接收机的跟踪环路及数据解调环节,实测数据处理结果表明了算法的有效性。

基于差分相关积分的北斗弱信号快速捕获方法

为了提高北斗接收机弱信号捕获灵敏度,解决数据比特跳变和NH码相位变化限制相干积分时间延长的问题,提出了一种基于复数型差分相关积分的北斗弱信号捕获算法。首先,在分析了北斗信号特点的基础上,对常用弱信号捕获算法进行数学分析;然后,设计了按照采样点进行延迟差分的复数型差分相关积分算法,采用正交采样方法获得复数型中频数据,利用FFT变换实现对码相位和载波频率的并行搜索;最后,利用软件接收机开展仿真验证,实现了5 ms、10 ms和20 ms的差分相关积分,积分后信噪比提升约7 d B、10 d B、13 d B。该算法极大地削弱了北斗信号比特跳变和NH码相位变化的影响,有效提高接收机弱信号捕获能力;采用基于FFT算法进行并行搜索,相比传统捕获算法极大地缩减了捕获时间,并适用于全部北斗信号和GPS信号,无需考虑GEO和非GEO导航电文的差异。

高温部件的分析评价方法

对现有高温部件的评价标准(ASME-NH、RCC-MR和R5)进行了综述和分析。重点针对ASME规范,通过对比ASME-NB与ASME-NH的分析方法,详细阐述ASME规范对高温部件的评价分析方法,并对高温部件规范的发展进行了展望。

基于长时间差分相关/最大似然法的北斗信号位同步算法

北斗信号二次编码调制了速率为1 kbps的NH码,频繁的比特跳变将相干积分时间限制在1 ms,需要对信号实现位同步获得比特边缘信息和NH码相位信息。为了实现弱信号、大频偏条件下北斗信号的位同步,解决频繁比特跳变和大频偏对传统位同步算法的性能影响问题,提出了一种基于长时间差分相关的最大似然位同步算法。首先,采用差分相关运算去除剩余频率误差的影响,并将差分延迟时间设定为整数倍比特周期以去除NH码的影响;其次,基于最大似然函数进行差分相关后的相干和非相干检测,提高弱信号条件下的位同步检测概率。最后,采用蒙特卡洛仿真测试分析了载噪比为20~40 d B·Hz、不同频率误差的条件下,此算法与传统位同步算法的检测性能。结果表明在频率误差为50 Hz的条件下,传统位同步方法无法工作,本文提出的算法仍具备较好的检测性能。该算法能够有效地去除北斗NH码频繁相位变化对位同步的影响、减弱频率误差对位同步性能的衰减作用,以及通过相干/非相干累积获得弱信号能力,该算法适用于弱信号、大频率偏差条件下的北斗信号位同步。

一种改进的“北斗”卫星信号捕获方法

针对Neumann-Hoffman(NH)码跳变影响"北斗"卫星捕获灵敏度的问题,提出了一种改进的相干累积算法。通过遍历连续信号的码元的组成,找出大于门限的相关值,减少NH码跳变对信号累加的影响。仿真结果表明,改进的相干累积算法可以有效提高弱信号的捕获成功率。与传统的相干累积算法相比,延长了累积长度;与非相干累积算法相比,捕获灵敏度提高了2～3 dB。同时,采用先累加后相关的方法,有效降低了算法复杂度。

微弱GPS信号精捕获算法

为了解决微弱GPS信号比特/二次编码(Neumann-Hoffman码)的同步以及频偏精细估计等问题,本文提出了对相关器输出数据进行精捕获的算法。通过对相关器输出数据进行二次变频,对不同频点的信号进行比特/二次编码位置的搜索,从而实现弱信号条件下比特/NH码的同步以及频偏的精捕获。精捕获后,使用频偏补偿后的数据进行频偏的再次精细估计。经过理论推导和仿真验证,在C/N0不低于20dB/Hz时,用1299个相关器输出数据进行精捕获时就有95%以上的检测概率,说明本方法适用于微弱GPS信号条件下比特/NH码的同步和频偏精细估计问题。

基于PMF-FFT的北斗B1I弱信号捕获算法研究

北斗B1频点信号中,由于NH码调制的影响,使得相干积分时间限制在1 ms,因此,在弱信号条件下,使用传统的捕获方法将无法捕获到卫星信号。针对B1I信号特点,提出了弱信号的捕获算法,该算法以PMF-FFT为单元,采用改进的相干积分的算法并结合差分相干积分算法捕获北斗信号,改进的相干积分算法可以克服NH码调制的影响,而差分相干积分相对于非相干积分算法可以降低平方损耗。仿真实验结果表明,当取改进相干积分次数为10,差分相干积分次数为3时,该算法能够成功捕获信噪比为一37 dB左右的微弱信号。

GPS伪随机序列的构成与应用分析

文章分析了全球定位系统(GPS)信号中3个频段上民用伪随机码的基本特征,包括码的生成结构、调制方式、数据构成和信号能量;结合L1上粗捕获(C/A)码的特征,讨论了GPS现代化信号(L2和L5)上民用伪随机码的改进,重点分析了数据通道和无数据通道的优势和区别以及L5上Neumann-Hoffman(NH)码的作用,定性分析了新型的伪随机码的组成和调制方式对GPS信号捕获和抗干扰性能的影响。

圆周移位在伪码补零BDS信号捕获算法中的应用

D1导航电文中加入了NH码,且D2导航电文的速率也比GPS信号的快很多,使得BDS的信号结构增加了捕获难度。采用伪码补零的方法可以对BDS信号进行有效捕获,但是该方法积分时间较长导致捕获耗时变长。本文提出了一种基于圆周移位的改进伪码补零算法,将搜索中复杂的载波剥离运算用计算量很小的频谱序列的搬移操作来代替,使算法复杂度大幅下降。试验结果表明,该方法可以有效减少运算量和捕获耗时。

北斗软件接收机B1频点信号捕获算法研究

北斗MEO/IGSO卫星信号调制速率为1 Kb/s的NH码,在使用传统的并行码相位捕获算法时,并不一定能成功捕获到信号,这里使用一种改进的并行码相位捕获算法,并用基于曲线拟合的精捕获方法减小频率估计误差。仿真结果表明,改进的并行码相位捕获算法成功地捕获到了北斗MEO/IGSO卫星信号,并通过基于曲线拟合的精捕获算法减小了频率估计误差。

BDS接收机星间载波相位偏差

BDS(BeiDou satellite navigation System,北斗卫星导航系统)的MEO/IGSO(Medium Earth Orbit/Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道)卫星在D1导航电文上调制了NH(Neumann-Hoffman,奈曼-霍夫曼)二次编码,而在GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)卫星上未使用。利用北斗MEO/IGSO和GEO卫星进行差分定位时,采用不同NH码符号映射规则的接收机之间会出现半周载波相位偏差的问题,严重影响RTK(Real-Time Kinematic,实时动态差分)应用。通过分析半周载波相位偏差的形成机理,从单差、双差、三差应用角度分别研究了半周载波相位偏差的影响。分析结果表明,接收机NH码符号映射规则与卫星不一致时,接收机直接用乘法器对NH码解调将存在反相,也即引入了半周载波相位偏差;在满足特定条件下,单差和双差应用时会存在半周载波相位偏差的问题;三差应用时不存在半周载波相位偏差的问题。最后,提出了需在北斗接口控制文件中明确卫星NH码调制或映射规则的修订建议。

北斗二号B1信号捕获方法研究

为了缩短北斗B1信号的捕获时间,提高多普勒频率和码相位的估计精度,针对北斗NH码对差分相干累积值的影响,改进了广义差分相干累积捕获方法,并采用二次频率-码相位捕获法来提高载波多普勒频率和码相位的估计精度。理论分析与仿真实验表明,改进的广义差分相干累积法能够克服NH码的影响。用4个1 ms的相干累积值,改进的广义差分法可成功捕获信噪比为-27 d B的信号。最后,用实测的北斗数据验证了算法的正确性。

一种避免二次编码跳变影响的“北斗”弱信号捕获算法

在现阶段,“北斗”B1I信号在D1导航电文中引入现代化GPS和Galileo系统常用的二次编码调制,使得比特跳变周期变短,降低了系统的捕获灵敏度。为解决上述问题,提出了一种基于码元排布顺序的改进相干累积捕获算法,通过分组来遍历并统计一个数据段的累加和相关值,并且采用一种改进的判决方法进行双重判决,最终确定其中最大相关值并完成捕获。此方法有效延长了积分长度,克服了因Neumann-Hoffman(NH)码造成的相干累积时间过短的缺陷,能改善在低信噪比环境下的信号捕获能力。在高斯白噪声模型下对各个捕获算法进行的仿真对比结果表明,所提算法在低信噪比(-36~-34 dB)情况下,与补零算法相比,信号捕获灵敏度有约1.7 dB的提升。

北斗B1 MEO/IGSO卫星信号的差分捕获算法

针对北斗B1频段MEO/IGSO卫星上NH码调制导致捕获难度增大的问题,对GPS所用的差分捕获算法进行改进,得出了一种适合北斗B1 MEO/IGSO卫星的捕获算法。通过本地生成经NH调制的C/A码作为新的伪随机码,加长相干积分时间,以差分累加的方式对相干积分结果进行运算,并按照累加结果最大准则判断差分项的符号,找出最佳搭配组合。仿真结果表明,改进算法能提高2 d B^3 d B的增益。

北斗卫星类型间偏差快速改正分析

针对北斗卫星类型间偏差(ISTB)导致载波相位差分高精度定位(RTK)的整周模糊度无法固定问题,本文提出了改进ISTB快速改正方法,在观测量层面仅利用1组不同卫星类型的载波相位差分观测量即可实现ISTB估计与改正,实际应用中较传统方法更具普适性与简易性。该方法的测试结果表明,ISTB值由NH码调制不同引起,不同频点的ISTB值具有不一致性;此外,有无改正ISTB的北斗RTK性能对比反映了ISTB会严重降低整周模糊度固定与RTK定位性能。由此可知,本文方法能够保障现阶段北斗接收机更新换代过程中北斗RTK的高精度与高可靠性能。

高轨环境下BDS弱信号跟踪技术研究

针对高轨接收机需要接收来自地球对面的导航卫星信号而导致接收功率过低,且存在较大多普勒频移和多普勒频移变化率的问题,对适用于高轨导航接收机的BDS("北斗"系统)信号跟踪技术进行研究。通过STK(卫星开发工具包)建立仿真场景对HEO(大椭圆轨道)接收导航信号特性分析,根据仿真指标重新设计了弱信号跟踪环路结构以及对应的跟踪流程,并特别针对BDS B1I跟踪中存在的NH(Neumann-Hoffman)编码问题,提出滑动相关法去除NH码的方式,来延长预检积分时间。仿真表明,通过1ms稳定跟踪之后,采用滑动相关法去除NH码,将环路预检积分时间延长至20ms,跟踪环路能够成功跟踪高轨环境下C/N0=26dBHz的低信噪比BDS B1I信号,满足导航应用需求。

基于分段匹配滤波与FFT的北斗信号捕获算法

北斗B1I、B2I和B3I信号二次编码调制了速率为1kbps的NH码,频繁的数据比特符号跳变导致传统1ms相干积分峰值发生衰减和裂变,使得传统信号捕获算法错误率较高。针对此问题,提出了一种基于分段匹配滤波和快速傅氏变换（FFT）的北斗信号捕获算法。首先,分析了数据比特符号跳变对捕获算法性能的影响;其次,研究并设计了一种适合北斗信号的捕获算法,采用匹配滤波和FFT实现了对码相位和载波频率二维的并行搜索,和常规方法相比,信号处理效率和速度有了非常大的提高;最后,采用北斗中频信号采样数据对所提出的算法进行测试和验证。结果表明所提出的算法能够正确捕获北斗信号,消除了NH码相位的影响,不存在峰值裂变现象,该算法适用于北斗信号的捕获。

一种获取北斗卫星信号新方法的研究

北斗导航卫星系统作为兼容、独立、开放和全球的导航系统,被设计用于执行导航和控制任务。该系统在现实环境中的成功运行必须克服众多挑战,其中主要是提高北斗卫星信号的捕获成功率。旨在减轻调制码处理方式带来的混叠伪像,提高北斗定位接收机定位性能,提高捕获成功率,文中提出了一种使用信号平方的捕获卫星信号的方法。实验结果表明,相对于传统方法,该方法具有更好的北斗信号捕获性能。