BOC及高動態(tài)GPS信號捕獲算法研究.pdf

1、擴頻通信是將信息通過寬帶傳輸，從而達到抗干擾能力強、截獲率低、保密性好及多址通信的目的。全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位系統(tǒng)就是擴頻通信的一種典型應(yīng)用，導(dǎo)航系統(tǒng)目前已被廣泛應(yīng)用于軍事通信和民用移動通信中，能夠?qū)崿F(xiàn)全球的快速定位、實時導(dǎo)航、精密授時等服務(wù)，對于國防建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展、民生應(yīng)用具有重要的經(jīng)濟意義和社會意義。
　　 隨著各國導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，導(dǎo)航系統(tǒng)接收機的性能一直是導(dǎo)航通信中的關(guān)鍵，而擴頻碼的快速捕獲是影響接收機性能的關(guān)鍵技術(shù)。隨著移動通

2、信的發(fā)展，高動態(tài)環(huán)境使得接收機接收到的導(dǎo)航信號存在嚴重的多普勒頻偏和高階的多普勒頻偏變化率，這無疑給捕獲帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)新增導(dǎo)航信號與原GPS信號達到共享頻率資源，二進制偏移載波(BOC，Binary Offset Carrier)調(diào)制方式被導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展所采用，而BOC調(diào)制與傳統(tǒng)調(diào)制方式在功率譜和自相關(guān)函數(shù)都存在差異，因此，如何實現(xiàn)高動態(tài)GPS信號和BOC調(diào)制信號的快速捕獲是一個亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　 本文

3、在研究GPS信號和接收機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，著重研究了高動態(tài)GPS信號和BOC調(diào)制信號的偽碼捕獲問題。論文的主要工作包括如下幾個方面:
　　 (1)介紹了擴頻通信的基本原理，對GPS信號和接收機結(jié)構(gòu)進行了分析，并對信號的跟蹤結(jié)構(gòu)進行簡要說明。同時對BOC調(diào)制信號與傳統(tǒng)調(diào)制信號的調(diào)制特性進行了功率譜和自相關(guān)函數(shù)的對比分析。
　　 (2)針對高動態(tài)GPS信號CA碼捕獲的問題，研究了一種基于離散多項式相位變換和PMF-FFT的偽碼快

4、速捕獲算法。首先通過離散多項式相位變換將高動態(tài)GPS信號進行由低到高階的瞬態(tài)矩運算，從而確定信號的階數(shù)，并同時將信號降階成帶殘余頻偏的直擴信號，然后采用PMF-FFT與功率譜相結(jié)合的方法實現(xiàn)偽碼快速捕獲。仿真驗證了該算法的有效性，并通過仿真分析了窗函數(shù)加權(quán)和累加次數(shù)對檢測性能的影響。
　　 (3)針對BOC(n，n)型調(diào)制信號自相關(guān)函數(shù)存在三個峰值導(dǎo)致偽碼捕獲模糊性的問題，研究了一種基于相關(guān)函數(shù)組合合成的精確無模糊的捕獲算法。該

5、方法首先將信號進行頻域的多普勒補償，然后通過本地增設(shè)QBOC(n,n)支路，利用BOC(n，n)信號自相關(guān)以及BOC(n，n)和QBOC(n，n)互相關(guān)，經(jīng)移位±Tc/4、取模、求和、平方運算組合而成。理論與仿真分析表明，該算法在不改變自相關(guān)主瓣寬度的情況下，完全消除相關(guān)副峰的同時，并顯著提高了主峰峰值，因此，該方法不僅可以提高檢測性能，也能體現(xiàn)BOC信號在捕獲精度高方面的優(yōu)勢。
　　 (4)針對除BOC(n，n)以外其他偶數(shù)階

6、調(diào)制階數(shù)的BOC信號的自相關(guān)函數(shù)存在多個峰值和零點導(dǎo)致偽碼捕獲模糊性的問題，研究了一種改進的基于副相關(guān)函數(shù)的BOC信號快速捕獲算法。該方法在本地進行時分調(diào)制得到N路類BOC信號，然后將N路類BOC信號的第一路和第N路進行特殊的取短處理，再將N路信號與接收信號進行相關(guān)處理，最后將相關(guān)結(jié)果進行組合，從而可得到一個無副峰的相關(guān)函數(shù)，從而解決了捕獲的模糊性。并從理論上分析了主瓣寬度和檢測性能隨著特殊處理的變化。計算機仿真結(jié)果表明，隨著寬度因子的

7、減小，主瓣寬度相應(yīng)減小、檢測性能也相應(yīng)的有稍許下降，但捕獲精度卻有所提高，從而可根據(jù)接收機系統(tǒng)對捕獲精度和捕獲性能的要求，折衷選擇寬度因子。
　　 綜上所述，論文實現(xiàn)了高動態(tài)GPS信號和BOC調(diào)制信號的快速捕獲，并通過matlab仿真實驗對捕獲效果進行了驗證。理論與仿真結(jié)果表明基于離散多項式相位變換和PMF-FFT的捕獲算法在高動態(tài)環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)微弱GPS信號的快速捕獲，基于相關(guān)函數(shù)的組合算法能夠?qū)崿F(xiàn)各種調(diào)制階數(shù)的BOC信號有效