現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)恒包絡(luò)發(fā)射與抗多徑接收技術(shù)研究.pdf

1、信號(hào)體制的現(xiàn)代化是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的重要里程碑。自GPS系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，遠(yuǎn)超出了在上世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的信號(hào)服務(wù)能力，催生了以GPS現(xiàn)代化和Galileo計(jì)劃為首的現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)體制的發(fā)展?，F(xiàn)代信號(hào)體制采用先進(jìn)糾錯(cuò)編碼，數(shù)據(jù)導(dǎo)頻分離，二進(jìn)制偏移載波調(diào)制等新型信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，極大地提高了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的軍民用服務(wù)性能，但同時(shí)現(xiàn)代化信號(hào)體制的出現(xiàn)也對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的發(fā)射與接收帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。衛(wèi)星導(dǎo)航的頻率資源已經(jīng)嚴(yán)重飽和

2、，現(xiàn)代化信號(hào)必須與擁有龐大用戶群體的傳統(tǒng)服務(wù)信號(hào)共享頻率資源，同時(shí)現(xiàn)代化信號(hào)普遍使用多個(gè)擴(kuò)頻碼，導(dǎo)致需要在衛(wèi)星上發(fā)射的擴(kuò)頻碼數(shù)量急劇增加。為降低衛(wèi)星復(fù)雜度，提高信號(hào)發(fā)射質(zhì)量，要求多個(gè)擴(kuò)頻碼應(yīng)滿足恒定包絡(luò)復(fù)用條件，而傳統(tǒng)的恒包絡(luò)復(fù)用方法并不能很好地解決導(dǎo)航系統(tǒng)面臨的發(fā)射問(wèn)題。
　　本文系統(tǒng)研究了在給定信號(hào)相位/功率約束條件下最優(yōu)恒包絡(luò)發(fā)射問(wèn)題。經(jīng)典的二進(jìn)制信號(hào)發(fā)射問(wèn)題可以得到最優(yōu)的數(shù)值相位查找表，但缺乏對(duì)恒包絡(luò)基帶信號(hào)各分量的解析描

3、述，導(dǎo)致信號(hào)兼容性分析與接收算法設(shè)計(jì)只能采用數(shù)值仿真驗(yàn)證。本文首次從理論上提出了完善的相位查找表至基帶解析信號(hào)的求逆算法，解決了缺乏理論分析手段的難題。對(duì)典型的三路信號(hào)復(fù)用最優(yōu)解的存在性以及非唯一性進(jìn)行了分析論證。將二進(jìn)制信號(hào)拓展至多電平，建立了更一般化的理論框架并成功推導(dǎo)出AltBOC調(diào)制，論證了更高效率的子載波也不會(huì)提高AltBOC的復(fù)用效率?；诒疚奶岢龅睦碚摽蚣埽瑢?duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)面臨的B1/B3頻段信號(hào)的恒包絡(luò)復(fù)用問(wèn)題給出了兩

4、種調(diào)制方案。DualQPSK調(diào)制將兩個(gè)QPSK信號(hào)以π/4相位差復(fù)用，效率達(dá)到85.36％的極限，可解決B3頻段QPSK(10)信號(hào)和新增BOC(15,2.5)信號(hào)復(fù)用的難題。UAltBOC信號(hào)將一個(gè)QPSK信號(hào)和兩個(gè)同相BPSK信號(hào)復(fù)用，可解決B1頻段不同中心頻率信號(hào)后向兼容問(wèn)題?，F(xiàn)代信號(hào)體制可有效改善測(cè)量精度等導(dǎo)航性能，星歷、電離層誤差隨著模型改進(jìn)和多頻信號(hào)體制已經(jīng)逐漸降低，在現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差預(yù)算中，多徑將仍然是制約導(dǎo)航精度最主要

5、誤差源。
　　本文對(duì)BPSK(n)信號(hào)的碼相關(guān)參考波形多徑抑制算法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得出了線性化本地波形的理論極限、非線性波形的一般描述以及非線性波形參數(shù)與帶寬的最優(yōu)設(shè)計(jì)，改善了帶限信道BPSK(n)相關(guān)峰變形對(duì)MEDLL多徑檢測(cè)的虛警問(wèn)題，實(shí)測(cè)結(jié)果證明設(shè)計(jì)可達(dá)到BPSK(n)信號(hào)理論多徑誤差抑制極限。BOC調(diào)制是現(xiàn)代導(dǎo)航信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻譜分離的有效手段。BOC信號(hào)比BPSK信號(hào)有更大的Gabor帶寬，因而具備更高的測(cè)距精度，但BOC信號(hào)

6、的多峰特性導(dǎo)致傳統(tǒng)的BPSK多徑抑制算法失效。本文研究了目前導(dǎo)航系統(tǒng)中最復(fù)雜的CBOC以及高階BOC信號(hào)的抗多徑問(wèn)題。提出的聯(lián)合多徑抑制算法將CBOC信號(hào)的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)通道利用碼參考波形技術(shù)實(shí)現(xiàn)多徑抑制，再進(jìn)行非相干合并消除 BOC(6,1)分量的影響，達(dá)到了該信號(hào)的多徑抑制極限。高階BOC信號(hào)采用QBOC技術(shù)先轉(zhuǎn)化為類BPSK信號(hào)，再利用Strobe技術(shù)完成多徑抑制，并探討了帶寬、相關(guān)器間隔等設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單有效的無(wú)模糊多徑抑