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。

基于时分处理的BOC信号通道时延标定算法

卫星导航信号发射通道的设备自身时延是星地组合时延的一个部分,卫星在地面测试中必须进行通道时延标定。针对导航卫星BOC(binary offset carrier)调制导航信号发射通道绝对时延,提出了一种采用时分处理的时延标定算法。在完成导航卫星输出BOC导航信号和时间保持系统产生的秒脉冲信号双通道同步采样后,在数字域对BOC采样信号进行预处理和串并变换,将高速数据流变换为多路低速率数据流,对每路信号频率码相位捕获,从而得到BOC信号发射通道绝对时延。计算机仿真表明在采样率10 Gsa/s时提出算法的标定不确定度优于0.2 ns。

我国未来卫星导航信号的优先选择——BOC调制信号

对BOC调制信号的产生、谱特性、自相关、码跟踪和接收处理方法进行了分析。结果表明,与BPSK信号相比,该信号可以实现频段共用,同时实现频谱分离,具有较强的抗干扰能力;在相同码速率条件下,其相关函数曲线更陡峭,具有更高的码跟踪精度和更好的多径分辨能力;采取有效处理方法可以消除BOC信号相关函数中多峰造成的模糊问题。鉴于BOC信号的优点,建议我国未来卫星导航信号优先选用该信号。

低信噪比条件下BOC信号的快捕算法研究

针对全球导航卫星系统中的二进制偏置载波(BOC),介绍了其生成原理,分析了其自相关函数的特点.研究了常用的BPSK-L IKE单边带和双边带捕获算法及其优缺点,结合基于快速傅立叶变换(FFT)的码并行处理结构,利用BOC信号自相关函数以及BOC信号和伪随机噪声码(PRN)序列的互相关函数两者的差值作为捕获算法的输出,给出了一种可以消除自相关函数的边峰带来的模糊性的捕获算法.仿真结果表明:该算法无能量损失,可接受的最低信噪比低于其它算法2 dB,且其复杂度低.

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.

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。

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。

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。

扩频CPM调制在卫星导航系统中的应用研究

文中研究在导航系统中应用扩频连续相位调制(spread spectrum continuous phase modulation,SS-CPM)技术的性能优势,并依据SS-CPM的特性,设计新型的调制方式——CPM-BOC调制。以Compass和GPS信号典型参数为例,研究其频谱特性、码跟踪精度、抗多径、抗干扰等导航性能指标方面的性能。理论分析和仿真结果表明:SS-CPM调制较典型的二进制偏移载波调制族在导航性能方面更有优势,为下一代卫星导航信号波形设计提供参考依据。

基于伽利略卫星导航系统的多径误差仿真

着重讨论伽利略卫星导航系统中采用的线性偏移载波调制技术,对GAL ILEO中可能用到的几种信号的基本特性作具体分析,提出对于BOC信号,应采用余弦副载波调制方式。并在此基础上对GAL ILEO各种信号的多径误差、平均多径误差进行仿真验证。仿真结果表明,在参数相同的条件下,余弦副载波类型BOC信号的平均多径误差均优于同参数下的正弦副载波类型BOC信号的平均多径误差。

基于软件接收机的伽利略信号采集与处理系统

伽利略卫星导航系统引入二进制偏移载波调制技术,有效解决了导航信号间互干扰问题,实现频谱资源的有效利用,提高了定位精度并减小多径误差。但是,由于可用卫星少,伽利略卫星导航接收机仍处于研制阶段,没有成熟的信号处理平台。为了研究伽利略信号的新特性,基于软件无线电技术搭建了信号采集与处理系统。射频信号经过射频滤波、放大、下变频、中频滤波、模数采样后得到中频数据。基于Matlab平台搭建软件接收机,实现信号捕获和跟踪。该平台的优点是能够处理所有频点的伽利略信号,仅以E1频点导频信号为例开展研究。实验中通过采集开放天空卫星信号,成功实现了信号捕获和跟踪,验证了伽利略信号采集与处理系统的有效性。

Galileo E5频段的Matlab/Simulink仿真与FPGA硬件实现

阐述了交替二进制偏移载波(AltBOC)调制技术的基本原理,分析了其调制方式和信号产生方法及调制后信号的频谱特性,与普通BOC调制进行了比较,提出了一种基于Matlab/Simulink环境实现AltBOC调制仿真模型构建的方法,并对每个模块的实现进行了说明,获得了调制后信号的频谱图和星座图。给出了基于VHDL的FPGA调制硬件实现,以及实验测得的调制频谱图、眼图和星座图。研究结果证明仿真方法有效可靠,实验结果与仿真结果吻合好,用FPGA实现E5频段的调制简单易行。

卫星导航信号MSK-DBOC调制方式研究

针对卫星导航新频段的信号体制设计问题,基于最小频移键控(MSK)调制,提出了一种新的调制方式——最小频移键控-双二进制偏移载波(MSK-DBOC)调制,建立了MSK-DBOC调制的数学模型,推导了MSK-DBOC调制信号的功率谱密度和自相关函数的理论表达式,研究了MSK-DBOC调制和MSK-BOC调制的关系,并分析比较了MSK-DBOC调制信号与相应的MSK-BOC调制信号的跟踪精度、抗干扰能力、兼容性等方面的性能。研究结果表明,MSK-DBOC调制信号虽然带外损耗较大,但在跟踪精度、抗干扰和兼容性方面具备一定的优势,是一种可行的替代MSK-BOC调制或BOC调制的卫星导航信号调制方案。

BOC调制信号频谱特性及仿真分析

BOC调制技术是一种广泛应用于GPS的现代化以及伽利略系统中新型信号调制技术。为研究其频谱特性,分析了BOC调制技术的基本原理及信号的产生过程,应用Matlab软件对其频谱特性进行了仿真,阐述了这种信号调制方式的优点;此外对其扩展技术MBOC,CBOC,TMBOC以及AltBOC做了简要介绍,对进一步研究导航信号现代化具有一定意义。

多模式卫星导航模拟器设计与实现

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号模拟器能够根据所仿真的用户位置,精确地模拟出载体收到的卫星信号,通过数字化的处理方式模拟多个导航系统的多种导航信号,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。基于软件无线电思想设计了可支持多系统、多频点的卫星信号模拟器中频信号发生器,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,设计了基于PXI+DSP+FPGA+DAC架构的板卡,实现了模拟信号的产生。通过商用接收机进行了测试,验证了设计的正确性。

同阶二元偏移载波调制信号跟踪技术

针对同阶二元偏移载波调制卫星导航信号,提出一种高效新算法解决信号跟踪中的模糊性。分析了同阶二元偏移载波调制原理、信号跟踪模糊性及解决方法,利用本地扩频码与接收信号的相关函数特点,构建了码跟踪环路鉴相曲线,选择了合适的相关间距作为符号判决,联合构成鉴相器,推导了算法设计的正确性,给出了实现架构。仿真结果表明,码相位捕获误差±0.9个码片内均可正确跟踪。该方法可进一步应用于全球卫星导航系统新体制信号的接收处理。

ALTBOC调制信号功率谱推导新方法

伽利略导航系统将在E5频段发射交替二元偏置载波(Alternate Binary Offset Carrier,ALTBOC)信号,但国内外学者对其特性的研究还很不充分。基于随机信号分析理论,在对Galileo ALTBOC(15,10)信号各分量正交性证明基础上,提出采用多进制符号编码调制信号功率谱和正交信号功率谱公式推导Galileo ALTBOC信号的功率谱的新方法,并将其与传统双向偏移QPSK-R(10)信号功率谱近似算法进行比对,ALTBOC功率谱密度与双向偏移QPSK-R(10)功率谱密度最大差0.9 dB。