衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星載擴(kuò)頻接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、星載導(dǎo)航接收機(jī)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星有效載荷的重要組成部分，可用于上行注入信號接收和星間鏈路信號接收。由于受限于器件和空間環(huán)境、可靠性的約束，其研制難度遠(yuǎn)大于地面應(yīng)用的接收機(jī)，其中硬件資源與高性能、高可靠性、實時性的矛盾尤為突出。本文圍繞星載接收機(jī)資源強(qiáng)約束下的前端優(yōu)化設(shè)計、有限字長效應(yīng)、高精度載波跟蹤、空間存儲器抗輻照展開研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對擴(kuò)頻信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換時的無失真采樣和最優(yōu)量化問題，建立了濾波、采樣和量化

2、綜合作用下的解擴(kuò)輸出模型，在分析采樣時鐘頻率偏移和抖動以及量化對解擴(kuò)輸出性能影響的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得到濾波、采樣和量化作用下解擴(kuò)輸出信噪比定量的解析關(guān)系，揭示了三種因素對解擴(kuò)輸出性能的影響。通過理論分析和仿真實驗表明了解析公式的正確性。研究成果為接收機(jī)前端的優(yōu)化設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。⑵針對輸入信號字長效應(yīng)對數(shù)字信號處理性能影響的問題，建立了接收機(jī)中非線性信號處理的通用模型，分析輸入有限字長偽碼捕獲、載波跟蹤、偽碼跟蹤等模塊輸出性能的影響，在此

3、基礎(chǔ)上提出了基于改進(jìn)蟻群算法的最優(yōu)字長設(shè)計方法。得到在滿足性能要求前提下，系統(tǒng)代價最小的各組成模塊字長設(shè)計方案。研究結(jié)果為接收機(jī)中的字長優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。⑶針對星載接收機(jī)鎖相環(huán)路高精度跟蹤與資源強(qiáng)約束的問題，分別提出了基于相位預(yù)壓縮的點積鑒相器設(shè)計與基于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計算原理的反正切鑒相器設(shè)計方法。改進(jìn)的鑒相器將收斂區(qū)間擴(kuò)大1倍，有效提高了線性鑒相范圍和環(huán)路跟蹤精度，改進(jìn)的實現(xiàn)方法較傳統(tǒng)方法，在相同的誤差精度下（≤2-8），收斂時間約

4、提高3倍，在相同的迭代次數(shù)下（8次），精度約提高30倍。⑷針對空間單粒子效應(yīng)導(dǎo)致的存儲器瞬時錯誤問題，推導(dǎo)出多因素影響下的存儲器系統(tǒng)平均無故障時間和可靠性公式。提出了一種基于編碼復(fù)雜度、存儲容量、刷新間隔等因素加權(quán)的多目標(biāo)優(yōu)化算法。通過對編碼方式、刷新間隔、糾錯能力和存儲器容量等因素對系統(tǒng)平均無故障時間的影響分析，得到滿足系統(tǒng)可靠性要求的最優(yōu)代價函數(shù)的設(shè)計策略。理論分析與仿真結(jié)果表明，降低刷新時間間隔和增加編碼的糾錯能力均能有效提高存儲

5、器的可靠性；糾錯能力不變時，采用的編碼方式對可靠性有影響；要得到滿足可靠性要求的最優(yōu)實現(xiàn)方案必須綜合考慮以上因素對實現(xiàn)代價的影響。研究成果為存儲器抗輻照的最優(yōu)工程設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。⑸針對空間輻照環(huán)境下存儲器以字節(jié)為單位存取時的多位翻轉(zhuǎn)問題，設(shè)計了一種基于（13,8）循環(huán)碼構(gòu)成的（26,16）交織碼，能糾正小于二位隨機(jī)錯誤和四位突發(fā)錯誤，相比傳統(tǒng)糾一位隨機(jī)錯誤的（13,8）循環(huán)碼，在資源占用和編譯碼延時基本相同的情況下，具有更強(qiáng)的糾錯能

6、力。針對存儲器以塊為單位存取時的多位翻轉(zhuǎn)問題，改進(jìn)了一種n1行n2列的A(n1，n2,1)乘積碼，采用對角線間隔為1的方式傳輸，相比使用相同循環(huán)碼進(jìn)行n1次交織形成的交織碼，具有減少1個譯碼器資源和增加糾正n1?1個突發(fā)錯誤的優(yōu)點，適用于硬件資源和實時性約束強(qiáng)的應(yīng)用場合。⑹基于空間無線電通信系統(tǒng)的架構(gòu)，設(shè)計并實現(xiàn)了XX衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)星載上行擴(kuò)頻接收機(jī)，整機(jī)測試和在軌運(yùn)行結(jié)果表明，接收機(jī)在功耗、可靠性、測距性能上均達(dá)到并超越設(shè)計指標(biāo)要求。同