導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器模擬導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)空間傳輸信道特性，研究信道傳輸導(dǎo)致的信號(hào)特性改變，還原信號(hào)空間傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)變化，為衛(wèi)星載荷和地面設(shè)備有線對(duì)接試驗(yàn)測(cè)試提供支撐。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基于擴(kuò)頻信號(hào)傳輸時(shí)延測(cè)量實(shí)現(xiàn)測(cè)距定位，信道群時(shí)延特性直接影響了偽距測(cè)量精度，因此，導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器需要重點(diǎn)研究如何精確模擬信道群時(shí)延特性。在此背景下，論文圍繞導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器的信道時(shí)延模型和群時(shí)延模擬技術(shù)，開展了以下五個(gè)方面的研究工作。
　　首先，建立了基于時(shí)

2、延特性的信道模擬與信號(hào)傳輸模型，提出了將基于窄帶擴(kuò)頻信號(hào)偽距測(cè)量用于信道時(shí)延模擬精度評(píng)估的方法，為導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬提供了理論依據(jù)，并對(duì)窄帶擴(kuò)頻信號(hào)碼率和相關(guān)間隔的選取進(jìn)行了分析和優(yōu)化。
　　針對(duì)傳統(tǒng)方法無法滿足精度高、復(fù)雜度低和收斂速度快的群時(shí)延優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題，提出了模擬-數(shù)字域聯(lián)合群時(shí)延優(yōu)化設(shè)計(jì)算法，包括模擬域逐級(jí)迭代優(yōu)化、數(shù)字域最大誤差最小化準(zhǔn)則約束優(yōu)化和模擬數(shù)字域聯(lián)合分割因子選取優(yōu)化。仿真分析表明，信道群時(shí)延波動(dòng)小于0.8n

3、s時(shí)，對(duì)信道時(shí)延模擬精度0.1ns指標(biāo)造成的影響可忽略。仿真結(jié)果表明，以0.8ns波動(dòng)為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)模擬域全通群時(shí)延網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法和數(shù)字域基于最小均方誤差準(zhǔn)則的優(yōu)化算法，聯(lián)合優(yōu)化算法的模擬域?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜度降低了43％，數(shù)字域算法收斂速度提高了7倍，仿真通道群時(shí)延測(cè)量結(jié)果表明優(yōu)化實(shí)現(xiàn)誤差小于0.7ns。
　　針對(duì)電離層色散信道連續(xù)動(dòng)態(tài)模擬，傳統(tǒng)方法無法滿足電離層TEC的高精度逼近，無法滿足電離層模型有限精度損失的簡(jiǎn)化近似和易于模

4、擬實(shí)現(xiàn)的等效分解的問題，提出了電離層TEC空間-時(shí)間域聯(lián)合Kriging插值方法，進(jìn)一步提出了電離層模型色散時(shí)延分離等效算法，包括色散群時(shí)延特性分離與線性近似、色散相時(shí)延載波恒中心頻率等效、載波跟蹤與時(shí)延估計(jì)偏差約束下的電離層常數(shù)TEC離散等效算法。仿真結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)將中心頻率時(shí)延等效為信道電離層群時(shí)延的方法，電離層信道模擬誤差小于3ns，信道內(nèi)最大時(shí)延誤差減小了93%，對(duì)于通過信道的導(dǎo)航信號(hào)時(shí)延估計(jì)偏差影響降低至0.1ns，載波

5、跟蹤偏差影響降低至0.01rad。
　　針對(duì)多徑信道連續(xù)動(dòng)態(tài)模擬，要求實(shí)現(xiàn)信號(hào)間延遲范圍寬、信號(hào)路數(shù)多和時(shí)延調(diào)整快，傳統(tǒng)方法面臨資源消耗巨大、時(shí)延濾波器階數(shù)過高和動(dòng)態(tài)更新參數(shù)量過大的問題，建立了適用于導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器多徑信道的多級(jí)并行時(shí)延等效模型，提出了多徑時(shí)延多級(jí)復(fù)用的模擬算法。仿真結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的多徑分路直接設(shè)計(jì)法和多徑傳輸函數(shù)聯(lián)合設(shè)計(jì)法，信號(hào)間延遲范圍可擴(kuò)展，多徑信號(hào)路數(shù)可擴(kuò)展，且算法資源消耗幾乎不受上述擴(kuò)展的影響，

6、僅相當(dāng)于傳統(tǒng)算法的1/L（L為多徑路數(shù)）；多徑信道時(shí)延調(diào)整的參數(shù)更新量?jī)H為傳統(tǒng)算法的10%左右。
　　針對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器在國內(nèi)研究尚處于起步階段，國外導(dǎo)航領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品對(duì)我國仍處于禁運(yùn)狀態(tài)這一現(xiàn)狀，進(jìn)行了導(dǎo)航衛(wèi)星信道模擬器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)研究，規(guī)劃了系統(tǒng)體系架構(gòu)和信號(hào)流程，設(shè)計(jì)了一體化硬件平臺(tái)和數(shù)仿軟件平臺(tái)，完成了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并開展了相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)。
　　最后，對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)研究成果的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，并對(duì)下一步準(zhǔn)備展