面向弱信號環(huán)境的GNSS偽碼設(shè)計及捕獲技術(shù)研究.pdf

1、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System, GNSS）在國防和經(jīng)濟建設(shè)中的重要性日益凸顯，許多國家和地區(qū)都在積極構(gòu)建擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的GNSS系統(tǒng)。在系統(tǒng)構(gòu)建過程中，如何提高GNSS系統(tǒng)的可靠性、完好性及定位精度始終是研究的主要目標，特別是近年來隨著GNSS應(yīng)用范圍的擴展，在信號衰減嚴重的弱信號應(yīng)用環(huán)境中如何提高定位可靠性受到了人們的普遍關(guān)注，成為當前GNSS研究的熱點。
　　在諸多影

2、響弱信號環(huán)境下GNSS定位性能的因素中，信號體制和接收技術(shù)是其中最重要的兩個。考慮到偽碼設(shè)計是信號體制設(shè)計的核心環(huán)節(jié)，在很大程度上決定了GNSS信號性能；而捕獲技術(shù)則是弱信號接收技術(shù)的關(guān)鍵，因此本文主要針對GNSS偽碼設(shè)計和弱信號捕獲技術(shù)兩個關(guān)鍵問題進行研究，以提高弱信號環(huán)境下GNSS系統(tǒng)的定位性能。本文的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾點：
　　1）針對弱信號環(huán)境下強多址干擾引起的GNSS信號誤捕獲問題，提出了一種能夠明顯改善弱信號捕獲性

3、能的非等長偽碼設(shè)計方法。這種非等長偽碼設(shè)計方法克服了長偽碼存在的捕獲時間過長及短偽碼存在的互相關(guān)隔離度過低的問題，通過令同一系統(tǒng)不同信號間偽碼碼長互質(zhì)，有效的降低了偽碼互相關(guān)值，改善了弱信號環(huán)境下的信號捕獲性能，實現(xiàn)了捕獲時間和捕獲性能的折衷。為了充分說明非等長偽碼設(shè)計方法的優(yōu)勢，本文從時域和頻域兩方面闡述了非等長碼改善弱信號捕獲性能的原理，并對該偽碼設(shè)計方法對弱信號捕獲的改善作用進行分析，之后通過仿真驗證了理論分析的正確性。結(jié)果表明，

4、在相同接收條件下，采用非等長偽碼設(shè)計時信號的檢測概率明顯高于相當長度等長碼情況。對于弱信號情況下多址干擾引起的碼跟蹤誤差，非等長偽碼設(shè)計亦有明顯的改善效果。非等長偽碼設(shè)計方法使多址干擾引起的碼跟蹤環(huán)鑒別器輸出誤差呈現(xiàn)隨機變化的特點，這樣碼跟蹤環(huán)路濾波器可方便濾除多址干擾引起的碼跟蹤誤差，使碼跟蹤精度得以提高。理論分析和仿真結(jié)果驗證了非等長碼對弱信號環(huán)境碼跟蹤精度的改善作用。
　　2）為了克服獨立捕獲模式下因后相關(guān)處理增益較低而無法

5、保證弱信號可靠捕獲的問題，提出了一種改進的差分累加后相關(guān)處理技術(shù)。論文首先對獨立捕獲模式三種常見的后相關(guān)處理技術(shù)（即相干累加、非相干累加和差分累加）進行分析對比，得出因差分累加具有相位解旋的作用且無明顯的平方損耗，同時對數(shù)據(jù)位翻轉(zhuǎn)不太敏感，故更適用于弱信號環(huán)境 GNSS信號捕獲的結(jié)論。之后詳細分析了導(dǎo)航數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)和載波頻率估計誤差對傳統(tǒng)差分后相關(guān)技術(shù)處理增益造成的影響，并在此基礎(chǔ)上針對弱信號環(huán)境提出一種改進的半比特頻率補償差分后相關(guān)技術(shù)。

6、該技術(shù)通過在捕獲環(huán)節(jié)引入多普勒頻差補償，消除了多普勒頻率估計偏差引起的處理損耗，并通過半比特處理技術(shù)消除了相干積分環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)可能帶來的的處理損耗，使弱信號捕獲概率明顯提高。理論分析和仿真結(jié)果表明，改進的后相關(guān)差分累加處理技術(shù)捕獲性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)差分累加技術(shù)，具有更高的捕獲靈敏度和可靠性。
　　3）針對弱信號情況下非白射頻干擾對信號的捕獲和跟蹤性能影響較大且難以分析的問題，提出了一種系統(tǒng)的非白干擾的白化分析方法。該方法將非白干擾通

7、過相應(yīng)的白化系數(shù)轉(zhuǎn)化成易于分析的等效白噪聲，簡化了非白干擾的分析過程。考慮到非白干擾對捕獲及載波跟蹤性能的影響主要體現(xiàn)在即時通道，本方法在分析非白干擾對即時通道的影響時，通過首先推導(dǎo)白噪聲分析模型，之后直接將非白干擾的等效白噪聲替換已有模型白噪聲的方法，簡化了非白干擾對相關(guān)輸出信噪比和載波跟蹤精度影響的分析過程，使非白干擾的影響作用更直觀；對于非白干擾對碼跟蹤的影響，則充分考慮了相干早遲處理碼跟蹤環(huán)和非相干早遲處理碼跟蹤環(huán)的特點，通過引