高精度導(dǎo)航接收機(jī)的群時(shí)延建模、測(cè)量和校準(zhǔn)技術(shù).pdf

1、高精度導(dǎo)航接收機(jī)廣泛分布應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的地面段、空間段、控制段,是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成星地時(shí)間同步、衛(wèi)星精密定軌等重要系統(tǒng)業(yè)務(wù)的核心測(cè)量設(shè)備，是保障導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)性能的基礎(chǔ)。
　　在高精度導(dǎo)航接收機(jī)中，通道群時(shí)延的非理想特性引起的信號(hào)相關(guān)峰畸變，會(huì)導(dǎo)致測(cè)距偏差，成為偽距測(cè)量中不可建模誤差的主要來(lái)源。因此，對(duì)群時(shí)延建模、分析其對(duì)高精度測(cè)距的影響并研究其測(cè)量和校準(zhǔn)技術(shù)很有必要。
　　群時(shí)延與信號(hào)相關(guān)峰畸變關(guān)系密切，目前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)

2、為群時(shí)延只要存在波動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生相關(guān)峰畸變，而且特性不一樣的群時(shí)延將產(chǎn)生不一樣的相關(guān)峰畸變。但實(shí)際中會(huì)存在這種情況：兩個(gè)特性差異較大的群時(shí)延可能產(chǎn)生基本一致的相關(guān)峰畸變，引起的時(shí)延估計(jì)不一致性很小。針對(duì)這一情況，本文提出了等效群時(shí)延的定義。該定義可簡(jiǎn)化群時(shí)延非理想特性對(duì)相關(guān)峰畸變影響的分析，并指導(dǎo)群時(shí)延測(cè)量和校準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，在進(jìn)行群時(shí)延測(cè)量和校準(zhǔn)時(shí)，只需要校準(zhǔn)后的群時(shí)延與理想群時(shí)延等效即可。
　　目前，一般通過(guò)仿真的方法分析群時(shí)延非理想對(duì)

3、高精度測(cè)量的影響，不具備一般性，且效率較低。本文通過(guò)分析群時(shí)延非理想造成信號(hào)相關(guān)峰畸變的內(nèi)在機(jī)理，建立了基于傅立葉級(jí)數(shù)分解的群時(shí)延通用分析模型，該模型可將任意群時(shí)延特性分解為有限階數(shù)的余弦型群時(shí)延和正弦型群時(shí)延的級(jí)聯(lián)，余弦型群時(shí)延傳輸函數(shù)和正弦型群時(shí)延傳輸函數(shù)可分解為有限階數(shù)的線性相位傳輸函數(shù)的疊加，首次給出了群時(shí)延非理想與信號(hào)相關(guān)峰畸變之間的解析關(guān)系。并由此得出群時(shí)延分解的低頻分量是影響信號(hào)相關(guān)峰以及測(cè)距的主要因素，高頻分量影響比較小

4、甚至可忽略。此模型有助于分析群時(shí)延非理想對(duì)時(shí)延估計(jì)的影響，并可指導(dǎo)群時(shí)延的測(cè)量和校準(zhǔn)，在進(jìn)行群時(shí)延測(cè)量校準(zhǔn)時(shí)，只需要校準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致相關(guān)峰畸變的傅立葉分解項(xiàng)即可。
　　針對(duì)傳統(tǒng)群時(shí)延測(cè)量方法存在的測(cè)量精度與測(cè)量分辨率無(wú)法兼顧的問(wèn)題，論文提出了基于窄帶擴(kuò)頻信號(hào)的群時(shí)延測(cè)量方法，該方法可以在任意分辨率下實(shí)現(xiàn)群時(shí)延的高精度測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)到0.01ns。論文同時(shí)給出了該測(cè)量方法的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：早遲相關(guān)間隔越寬，群時(shí)延測(cè)量系統(tǒng)偏差越小；群

5、時(shí)延波動(dòng)越劇烈，碼率要求越低，對(duì)于導(dǎo)航應(yīng)用中大部分濾波器，采用1.023MHz的碼率即可滿足要求。在論文的仿真實(shí)例中，對(duì)波動(dòng)幅度為50ns，波動(dòng)周期為10.23MHz的余弦型群時(shí)延進(jìn)行測(cè)量時(shí)，采用1.023MHz的碼率即可達(dá)到0.01ns的精度。
　　根據(jù)基于傅立葉級(jí)數(shù)分解的群時(shí)延通用分析模型，并結(jié)合等效群時(shí)延的定義，論文提出了一種等效群時(shí)延的高精度測(cè)量方法，該方法通過(guò)估計(jì)群時(shí)延的傅立葉分解系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)等效群時(shí)延的測(cè)量。仿真表明對(duì)采

6、用該方法測(cè)量得到的群時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償后，信號(hào)相關(guān)峰與理想相關(guān)峰的形狀基本一致，由群時(shí)延非理想引入的時(shí)延估計(jì)誤差在0.02ns之內(nèi)，可忽略不計(jì)。
　　在傳統(tǒng)的群時(shí)延校準(zhǔn)方法中，模擬域校準(zhǔn)一般存在精度與靈活性差的問(wèn)題；數(shù)字域的頻域校準(zhǔn)需要做大數(shù)據(jù)量的FFT和IFFT運(yùn)算，運(yùn)算復(fù)雜度高；數(shù)字域的時(shí)域校準(zhǔn)雖然復(fù)雜度低，但目前的算法無(wú)法得到時(shí)域?yàn)V波器的解析表達(dá)式，因此很難確定階數(shù)并從理論上說(shuō)明校準(zhǔn)性能。論文提出了基于傅立葉級(jí)數(shù)模型的群時(shí)延校準(zhǔn)算