高精度導航接收機的群時延建模、測量和校準技術.pdf

1、高精度導航接收機廣泛分布應用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)的地面段、空間段、控制段,是衛(wèi)星導航系統(tǒng)完成星地時間同步、衛(wèi)星精密定軌等重要系統(tǒng)業(yè)務的核心測量設備，是保障導航系統(tǒng)服務性能的基礎。
　　在高精度導航接收機中，通道群時延的非理想特性引起的信號相關峰畸變，會導致測距偏差，成為偽距測量中不可建模誤差的主要來源。因此，對群時延建模、分析其對高精度測距的影響并研究其測量和校準技術很有必要。
　　群時延與信號相關峰畸變關系密切，目前國內外普遍認

2、為群時延只要存在波動就會產生相關峰畸變，而且特性不一樣的群時延將產生不一樣的相關峰畸變。但實際中會存在這種情況：兩個特性差異較大的群時延可能產生基本一致的相關峰畸變，引起的時延估計不一致性很小。針對這一情況，本文提出了等效群時延的定義。該定義可簡化群時延非理想特性對相關峰畸變影響的分析，并指導群時延測量和校準的設計，在進行群時延測量和校準時，只需要校準后的群時延與理想群時延等效即可。
　　目前，一般通過仿真的方法分析群時延非理想對

3、高精度測量的影響，不具備一般性，且效率較低。本文通過分析群時延非理想造成信號相關峰畸變的內在機理，建立了基于傅立葉級數(shù)分解的群時延通用分析模型，該模型可將任意群時延特性分解為有限階數(shù)的余弦型群時延和正弦型群時延的級聯(lián)，余弦型群時延傳輸函數(shù)和正弦型群時延傳輸函數(shù)可分解為有限階數(shù)的線性相位傳輸函數(shù)的疊加，首次給出了群時延非理想與信號相關峰畸變之間的解析關系。并由此得出群時延分解的低頻分量是影響信號相關峰以及測距的主要因素，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延非理想對時延估計的影響，并可指導群時延的測量和校準，在進行群時延測量校準時，只需要校準會導致相關峰畸變的傅立葉分解項即可。
　　針對傳統(tǒng)群時延測量方法存在的測量精度與測量分辨率無法兼顧的問題，論文提出了基于窄帶擴頻信號的群時延測量方法，該方法可以在任意分辨率下實現(xiàn)群時延的高精度測量，測量精度可達到0.01ns。論文同時給出了該測量方法的參數(shù)優(yōu)化設計方案：早遲相關間隔越寬，群時延測量系統(tǒng)偏差越?。蝗?/p>

5、時延波動越劇烈，碼率要求越低，對于導航應用中大部分濾波器，采用1.023MHz的碼率即可滿足要求。在論文的仿真實例中，對波動幅度為50ns，波動周期為10.23MHz的余弦型群時延進行測量時，采用1.023MHz的碼率即可達到0.01ns的精度。
　　根據(jù)基于傅立葉級數(shù)分解的群時延通用分析模型，并結合等效群時延的定義，論文提出了一種等效群時延的高精度測量方法，該方法通過估計群時延的傅立葉分解系數(shù)來實現(xiàn)等效群時延的測量。仿真表明對采

6、用該方法測量得到的群時延進行補償后，信號相關峰與理想相關峰的形狀基本一致，由群時延非理想引入的時延估計誤差在0.02ns之內，可忽略不計。
　　在傳統(tǒng)的群時延校準方法中，模擬域校準一般存在精度與靈活性差的問題；數(shù)字域的頻域校準需要做大數(shù)據(jù)量的FFT和IFFT運算，運算復雜度高；數(shù)字域的時域校準雖然復雜度低，但目前的算法無法得到時域濾波器的解析表達式，因此很難確定階數(shù)并從理論上說明校準性能。論文提出了基于傅立葉級數(shù)模型的群時延校準算