GNSS信號(hào)調(diào)制方式及頻率兼容性研究.pdf

1、Galileo系統(tǒng)正在不斷完善和優(yōu)化。為提高衛(wèi)星導(dǎo)航定位的自主性，中國啟動(dòng)了Compass 系統(tǒng)的建設(shè)，日本和印度也已經(jīng)啟動(dòng)了各自的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)航信號(hào)作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的靈魂在決定系統(tǒng)性能方面起著十分關(guān)鍵的作用。擴(kuò)頻碼的碼片脈沖成形（國外文獻(xiàn)也稱為調(diào)制）會(huì)影響信號(hào)的碼跟蹤性能，最終影響測距精度。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)目前采用的正交相移鍵控（Quadrature Phase ShiftKeying，QPSK）或二相移相鍵控（Binary Phas

2、e Shift Keying，BPSK）調(diào)制對(duì)擴(kuò)頻碼的碼片脈沖形狀沒有影響。最小頻移鍵控（Minimum Shift Keying，MSK）調(diào)制與QPSK 調(diào)制的傳輸效率相當(dāng)，但在相同的信道條件下MSK 調(diào)制會(huì)改變擴(kuò)頻碼的碼片脈沖形狀。同時(shí)，MSK 調(diào)制信號(hào)的恒包絡(luò)特性使其受星上高功率放大器（High PowerAmplifier，HPA）非線性的影響比QPSK 調(diào)制信號(hào)更小。因此本文將通過評(píng)估MSK調(diào)制對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)碼跟蹤性能的影響，

3、以及對(duì)比MSK和QPSK 調(diào)制信號(hào)受非線性的影響來研究衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用MSK 調(diào)制的可行性。另一方面，由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的增加和頻率資源的有限，各主要衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)共用頻段所帶來的兼容性問題一直是國際頻率協(xié)調(diào)的重點(diǎn)。作為我國正在全力建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，Compass 系統(tǒng)與世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兼容對(duì)于Compass 系統(tǒng)未來的發(fā)展十分重要。針對(duì)這兩個(gè)問題，本論文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)如下：
　　 ⑴建立了MSK-BOC（Minimu

4、m Shift Keying-Binary Offset Carrier）信號(hào)的時(shí)域模型和功率譜密度模型；以衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)L 頻段信號(hào)為例，分析了MSK 調(diào)制對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)自相關(guān)函數(shù)和功率譜密度的影響。結(jié)果表明：MSK 調(diào)制信號(hào)比R和BOC調(diào)制信號(hào)的功率譜密度主瓣的高頻成分更多，旁瓣能量更小，因此MSK 調(diào)制信號(hào)的帶外抑制效果更好；前端帶寬的變化對(duì)MSK 調(diào)制信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的影響小于對(duì)R和BOC 調(diào)制信號(hào)的影響；當(dāng)接收機(jī)前端帶寬接近MSK

5、 調(diào)制信號(hào)功率譜密度主瓣的過零點(diǎn)帶寬時(shí)，MSK 調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)在0 點(diǎn)附近的斜率大于R和BOC 調(diào)制信號(hào)。
　　 ⑵分析了不同相關(guān)器間隔、載噪比和前端帶寬下MSK 調(diào)制對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)碼跟蹤誤差和多徑誤差包絡(luò)的影響；分析了不同前端帶寬下MSK 調(diào)制對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)Gabor 帶寬的影響。分析表明：當(dāng)接收機(jī)前端帶寬接近MSK 調(diào)制信號(hào)功率譜密度主瓣的過零點(diǎn)帶寬時(shí)，MSK 調(diào)制信號(hào)的Gabor 帶寬大于R和BOC 調(diào)制信號(hào)；MSK

6、 調(diào)制信號(hào)在相關(guān)器間隔相對(duì)較寬或前端帶寬接近其信號(hào)功率譜密度主瓣的過零點(diǎn)帶寬時(shí)的碼跟蹤誤差和多徑誤差包絡(luò)均小于R和BOC 調(diào)制信號(hào)。分析結(jié)果從碼跟蹤性能的角度為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)L 頻段采用MSK 調(diào)制的可行性提供了理論支撐。
　　 ⑶評(píng)估了MSK 調(diào)制信號(hào)受HPA 非線性的影響。對(duì)比分析了MSK和QPSK 調(diào)制信號(hào)的時(shí)域波形；在包含HPA的非線性信道模型基礎(chǔ)上，對(duì)比評(píng)估了不同前端帶寬下衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)分別采用MSK和QPSK 調(diào)制時(shí)通過

7、HPA后的相關(guān)損耗、功率損耗和碼跟蹤誤差。分析表明：QPSK 調(diào)制信號(hào)的時(shí)域波形相位變化不連續(xù)，這些信號(hào)帶限后會(huì)出現(xiàn)包絡(luò)陷落；MSK 調(diào)制信號(hào)的時(shí)域波形相位連續(xù)變化，包絡(luò)恒定，克服了QPSK 調(diào)制信號(hào)時(shí)域波形的缺點(diǎn)；當(dāng)接收機(jī)前端帶寬接近或大于MSK 調(diào)制信號(hào)功率譜密度主瓣的過零點(diǎn)帶寬時(shí)，MSK 調(diào)制信號(hào)的相關(guān)損耗、功率損耗和碼跟蹤誤差均小于QPSK 調(diào)制信號(hào)。分析結(jié)果從非線性角度說明衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)L 頻段采用MSK調(diào)制的可行性。
　

8、　 ⑷以最新公布的Compass 信號(hào)體制和Galileo ICD（Signal In Space InterfaceControl Document）文檔為依據(jù)，分析了Compass 信號(hào)與GPS和Galileo 信號(hào)的兼容性；研究了Compass、GPS和Galileo 系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航頻段的占用情況；在考慮信號(hào)相對(duì)位置的前提下，計(jì)算分析了Compass、GPS和Galileo 信號(hào)間的譜分離系數(shù)（Spectral Separati