BOC信号的相关跟踪研究及GALILEO接收机设计初探

Galileo卫星导航系统是欧盟组织研发的新一代完全面向民用的卫星导航系统,使用了BOC(二进制副载波)这一独特的调制方式,研究BOC信号的相关峰特性,对设计接收机捕获跟踪通道是至关重要的。本文简要介绍了Galileo系统导航信号的特征和频率规划,对多种BOC信号的自相关性能、码跟踪方法进行了仿真,并探讨了接收机开发中的关键问题。     

基于FPGA的BOC(1,1)信号捕获技术

BOC调制是新一代卫星导航系统中广泛采用的调制方式,在时域上具有多峰值特性,副峰的存在增加了捕获的难度。采用自相关副峰消除技术(ASPeCT)在原有的BOC码相关支路的基础上增加一条伪码相关支路,可以有效削弱码相位检测函数的副峰,避免误捕获,是一种性能良好的BOC信号捕获技术。提出一种采用二维并行快速搜索的在FPGA芯片中实现ASPeCT捕获技术的方案,可以显著缩短捕获时间。在理论分析和仿真验证的基础上,采用Verilog硬件描述语言在接收机FPGA+DSP平台上编程实现,在露天测试中,成功捕获到Galileo E1B卫星导航信号,并对ChipScope采集的数字中频信号的多普勒频率和码相位静态捕获结果进行验证,与同一段信号的Matlab仿真结果一致,证明所提出的技术方案正确合理可行。     

适用于BOC(m,n)信号的无模糊捕获技术

针对二进制偏移载波(BOC)调制信号自相关多峰特性引起的信号捕获模糊性问题,提出了一种子相关相乘边峰消除技术(CMSCT)。根据BOC子相关函数的特性,通过将不同子相关函数相乘获得边峰消除能力,并且为了充分利用接收信号,进一步提高捕获性能,提出了相应的优化算法。分析对比了提出算法的实现复杂度和基于恒虚警率准则的峰值发现概率,对Galileo E1C中频采样信号的处理结果表明:提出的边峰消除方法有效解决了捕获模糊性问题。     

基于调制域增强副载波剥离的 GPS M码授权码流提取方法

针对 GPS M码授权码流获取问题,提出 1种新的基于调制域增强副载波剥离的方法。该方法利用 GPS C/A码和 M码码片起始位的相关性,在调制域上利用 BOC调制短码信息对 GPS M码信号进行累加增强,获取授权码流。首先,利用公开的 GPS C/A码辅助获取 GPS信号载波相位和 C/A码码相位;然后,分别利用获得的 GPS信号载波相位和 C/A码码相位,完成 GPS C/A码与交调量的剥离以及 M码授权码的初始相位对准;进一步,利用 BOC调制短码信息在调制域上实现累加增强,完成副载波剥离,获得 GPS M码授权码流;最后,利用实际采集信号对所提方法有效性进行了验证,并与现有方法进行了对比。结果表明,所提方法能够克服带宽内 P(Y)信号旁瓣能量对 M码授权码提 取的影响,可带来 3.5 dB左右的性能改善。     

脉冲超宽带信号测量性能分析

超宽带技术是一项新兴的无线通信技术,具有极其广阔的发展前景,但目前仅用于室内短距离通信,少见用于航天测控系统。为了将超宽带技术应用于测控系统中,以模糊函数为工具,对脉冲超宽带信号的测量性能进行分析。首先推导矩形脉冲串信号和载波调制矩形脉冲串信号的模糊函数,并对其模糊特性进行仿真分析。在此基础上,主要针对用于测控系统的伪码调制脉冲超宽带信号,利用其模糊函数分析其测距测速性能。结果表明:该超宽带信号具有良好的测距测速性能,其最大无模糊距离为1个伪码周期,最大无模糊多普勒频率为脉冲重复频率的倒数;单脉冲宽度越窄,其测距性能越好而测速性能越差。     

BOC信号自适应门限判决捕获方法

BOC信号是一种分离频谱的调制方式,与传统的导航扩频信号相比,具有更强的抗干扰能力和更高的测量精度。但BOC信号自相关函数具有多峰值的特点,如何从接收端找出最大峰值并正确恢复BOC信号是技术难点。本文给出了一种BOC信号的捕获方案和具体的实现算法。     

基于PNFM-LFM复合调制的探测干扰共享波形设计

针对雷达-电子战一体化共享信号波形的设计需求,提出一种伪码噪声调频与线性调频复合调制的探测干扰共享波形。在伪码序列的伪随机性和规律性上,通过理论推导和仿真实验,分析并验证了该探测干扰共享波形具有良好的模糊函数以及线性可控的频谱特征,有效通带内干扰功率利用率平均可达38%;通过探测干扰共享信号的相关信号处理,本地接收机能够成功地对信噪比不低于-27 dB的回波信号进行检测,且改善因子可达30 dB。     

噪声调制连续波雷达信号波形射频隐身特性

雷达信号波形的射频(RF)隐身性能是雷达系统能否适应现代战场环境的重要因素,雷达射频隐身信号波形设计是现代雷达系统设计中的重要课题.首先,在介绍随机噪声信号雷达原理的基础上,基于Schleher截获因子阐述了噪声调制连续波雷达信号波形的射频隐身特性.然后,分析了高斯噪声相位和频率调制连续波雷达输出自相关函数和高斯噪声相...     

BOC(2n,n)信号同步方法研究

分析了BOC信号的特性,BOC信号同步的难点在于其自相关函数的副峰会引起错误捕获和歧异跟踪。现有算法中只有单边带处理法适用于自相关函数峰值较多的信号,但算法中的滤波器实现复杂。对原算法进行改进,省去了复数滤波器,更便于软件实现。采用二维码相位估计来解决歧异跟踪的问题,但次载波的存在使载波频率跟踪范围减小,对跟踪策略进行改进,使跟踪范围满足需求。仿真结果表明,改进算法可在不损失跟踪精度的条件下,有效解决BOC信号的同步问题。     

一种基于非平稳信号分析的时相调制信号解调算法

基于非平稳信号分析方法,对时相调制(Time-Phase Modulation,TPM)信号的时频分布特性进行了详细分析,建立了TPM调制信号相位突变与时频分布幅度的映射关系,利用该映射提出了一种基于非平稳信号分析的TPM调制信号解调算法,并对该解调算法性能进行了理论分析,讨论了最佳判决门限选取方法,仿真结果验证了理论分析的正确性。理论分析及仿真表明,基于非平稳信号分析的TPM调制信号解调算法获得了优于传统的相关解调的调制系统差错性能。     

北斗二号中AS信号多径抑制方法及性能分析

针对北斗二号系统中AS（Authorized Service,授权服务）采用的BPSK（10）、BOC（14,2）、BOC（15,2.5）信号,研究如何抑制多径效应对AS信号跟踪的影响,提高定位精度.对3种信号的自相关特性及功率谱密度进行比对,并在对基于码跟踪环的EML（Early Minus Late,早减迟）和HRC（High Resolution Correlator,高精度相关器）技术进行分析的基础上,将这2种技术用于北斗二号AS信号的多径抑制.仿真表明：EML和HRC均适用于北斗二号AS信号,采用EML时,对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的多径抑制性能优于对BPSK（10）的;采用HRC时,对BPSK（10）的多径抑制性能优于对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的;对于BPSK（10）,HRC较EML在误差包络面积上多径抑制性能提高约89.7％;对于BOC（14,2）、BOC（15,2.5）,HRC和EML多径抑制性能相当,而EML的计算量相对较小因而整体性能更优;通过减小相关器间隔和增大带宽,可提高多径抑制性能,对BPSK（10）的效果比对BOC（14,2）、BOC（15,2.5）的更为明显.     

惯导速度辅助下GPS接收机码环的噪声响应和动态跟踪性能分析

 本文推导了C/A码信号相干和非相干接收的GPS接收机码环的动力学方程,分析了码环的噪声响应和动态跟踪性能对码环带宽的矛盾要求,并提出了解决矛盾的方法:惯导速度辅助。分析结果表明:窄带宽码环经精度为1nmile/h的惯导系统速度辅助后,动态跟踪误差为无辅助时的1/1000,接收机将兼有抗强干扰和跟踪高动态的性能。     

面向声源定位的改进广义互相关时延估计方法

面向以数字微机电系统(MEMS)麦克风作为声传感器的声源定位阵列,完成了前端麦克风阵列的电路设计和以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的数据采集系统的开发,并对麦克风输出的脉冲密度调制信号进行了降采样处理.针对传统的广义互相关算法在低信噪比下时延估计误差较大的问题,提出了一种改进PHAT加权函数的方法.在同等条件下对基于不同加权函数的广义互相关算法进行了MATLAB仿真验证,实验结果表明,在低信噪比条件下该方法相较于传统的广义互相关算法,时延估计误差更小且抗噪性能更强.     

同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK技术

介绍了一种同时传输遥测和伪码测距信号的GMSK(高斯最小偏移键控)技术,分析了其调制及解调原理,推导了相关调制、解调及频谱公式,并与UQPSK(非平衡四相相移键控)体制进行了比较。通过对其频谱及误码性能的仿真分析得出,在非线性信道和高码速率下,基于GMSK体制的遥测和伪码测距系统比基于UQPSK体制的系统在包络恒定和频谱利用率方面具有明显优势。     

一种组合型的探干一体化信号设计分析

针对雷达信号资源利用率有待提升、低截获性能不足的问题,提出 1种复合调制的创新型探干一体化信号波形。线性调频信号本身具有良好的低截获性能,伪随机码序列分量具有较好的干扰性,同时又能一定程度上扩展信号带宽,两者的复合调制信号具有良好的探测和干扰性能。对基于 LFM的探干一体化信号波形进行了调制原理分析,并分别从时域、频域、功率谱、模糊函数、自相关特性等角度分析其探测、干扰特性。仿真实验证明,相较于单一调制的线性调频信号,一体化信号具有更宽的频带、更优良的干扰特性和探测性能,同时,有更高效的雷达资源利用率。     

EMD-EKF方法研究

应用扩展卡尔曼滤波(EKF)时需要估计量测噪声的统计特性。文中针对观测噪声统计特性描述不准确导致的EKF性能下降的问题,利用经验模态分解方法(Empirical Mode Decomposition,EMD)可以分离信号和噪声的特性,提出了一种在未知量测噪声条件下的EKF方法。该方法可以跟踪观测噪声的变化,即实现了对量测噪声的估计,从而解决了在未知量测噪声的情况下的EKF问题。仿真结果表明可运用于无源定位中。     

一种基于半符号的PSWFs调制信号PAPR抑制方法

针对椭圆球面波(Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWFs)调制信号峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)较高,易受信道非线性特性影响这一问题,文章引入半符号的思想,针对仅传输半个周期的奇对称、偶对称信号,降低并行传输信号路数,提出了一种基于半符号 PSWFs调制信号 PAPR抑制方法。该方法在发射端仅传输部分波形,用以降低调制信号 PAPR;在接收端,利用函数良好的奇偶对称性,对信号进行恢复。理论与仿真分析结果表明,所提方法在未明显降低系统误码性能的前提下,能够有效降低椭圆球面波调制信号峰均功率比。     

基于DSP的高动态数字解扩接收机的研究

讨论了高动态、低信噪比、长伪码序列扩频信号的伪码捕获、跟踪、载波跟踪与数据解调方法。提出了一种基于高速数字信号处理技术和现场可编程逻辑器件 ( FPGA)的全数字高动态解扩接收机方案。     

基于极大似然估计器的GNSS矢量跟踪算法

矢量跟踪是一种将全球导航卫星系统(GNSS)接收机的信号跟踪与导航解算融为一体的跟踪算法。传统的基于矢量延迟/频率锁定环(VDFLL)的跟踪算法普遍采用延迟锁定环(DLL)和锁频环(FLL)鉴别器计算伪距和伪距率偏差观测量,由于锁频环鉴别器存在近似误差和一步延迟效应,在高动态环境下容易造成环路失锁。从直接估计卫星信号特征参数的角度出发,基于中频信号模型构建码相位和载波多普勒的极大似然代价函数,采用非迭代估计算法得到各通道码相位和多普勒频移的估计偏差,转换为卡尔曼滤波器的观测矢量,提出一种基于极大似然估计器(MLE)的矢量跟踪算法。理论分析和仿真结果表明:新算法结合了极大似然估计和矢量跟踪的优点,克服了FLL的延迟效应,与基于VDFLL的矢量环路相比,高动态环境下的跟踪稳定性更好,可以对被遮挡的卫星保持持续的跟踪。     

一种基于多跳自相关的差分跳频信号检测方法

针对差分跳频(DFH)信号跳频序列无周期特性和与常规短波跳频信号相似的时频特性给未知参数条件下的检测造成的困难,提出了一种基于多跳自相关的差分跳频信号检测方法.通过深入分析差分跳频信号多跳自相关函数,利用差分跳频信号与噪声信号自相关函数分布特性的不同建立检测统计量,由多跳自相关结果估计跳驻留时间和跳速,用跳驻留时间估计...