GPS M码综述

M码信号是GPS系统采取的主要抗干扰措施,M码信号设计是未来军用GPS基础设施的核心问题,美国GPS联合计划办公室已于2001年8月批准了M码信号结构,计划在2004年发射第一颗M码卫星。本文介绍GPSM码信号的设计要求,M码信号调制方式设计以及信号捕获设计。     

BOC信号合成相关函数通用无模糊跟踪方法

针对全球导航卫星系统(GNSS)所使用的二进制偏移载波(BOC)调制信号存在跟踪模糊的问题,提出了一种能够应用于多种BOC类型信号的通用无模糊跟踪方法。首先基于调制形状码向量的概念提出了BOC信号通用表示方式。然后,推导了BOC信号互相关函数的调制形状码向量表达式。最后,在BOC通用模型的基础上,基于合成相关函数思想,设计了一种通用无模糊跟踪方法。仿真结果表明,该方法可以适用于各种相位和阶数以及复合和包含复信号的BOC调制信号,得到无模糊的窄单峰相关函数。通过分析该方法的抗噪声性能和多径抑制性能,证明其相对于传统的BOC无模糊跟踪方法具有更好的抗噪声性能。     

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。     

GPS多径信号的自适应滤波估计方法

 研究全球定位系统(GPS)多径信号估计的问题。通过分析自适应滤波器的原理,建立了数字中频信号处理的数学模型,提出一种用自适应滤波实现GPS多径幅度、码相位和载波相位估计的方法。该方法采用不同延迟的伪随机序列对信号进行解扩、解调和累加,得到了作为期望信号的系列自适应滤波相关值。对该方法与其他3种方法进行了理论上的分析比较,得出本方法具有信噪比高、自适应滤波性能好、带有码相位信息和不存在载波模糊度问题等优点。根据各种滤波器算法的特点和本应用的需求,给出了选用递归最小二乘算法实现的方法。通过计算机仿真,验证了提出的方法能够在14 dB的信噪比下,以1个采样间隔的时间延迟分辨率和0.005周的载波相位估计精度估计出GPS L1的多径信号。     

航天器再生伪码测距体制分析

再生伪码测距体制通过对上行伪码测距信号进行恢复,并重新调制到下行载波发送,可以获得可观的测距信号信噪比增益。对这部分增益的合理使用,可以获得较高的测距精度,也可以获得较短的测距时间,还可以提高遥测信号的功率。本文从测距码、捕获时间以及测距信号与遥控/遥测信号之间的相互干扰3方面介绍了再生伪码测距体制。     

面向空间导航系统设计的GPS量测仿真增强研究(英文)

在星载导航系统的初步方案规划和算法设计阶段,出于对潜在的折中考虑,高保真的GPS软件仿真器是一种必要且可行的实验室测试手段。本文研究开发了面向空间导航系统设计的GPS量测软件仿真器,它主要针对L1C/A码和载波信号,也就是说该仿真器使用MATLAB编程语言产生C/A码伪距量测和载波量测。论文推导了基于地心惯性坐标系(ECI)的数学模型,用来仿真GPS星座并产生GPS量测数据;在星历数据选择、空间电离层模型和伪距率计算等方面,深入研究并应用一系列增效措施以合理化实现该仿真器。建立的增强型GPS量测仿真器推进了我们现有的星载GPS/INS组合导航系统设计工作,将进一步提升在星载导航系统设计领域的研究。     

弹道辅助的弹载接收机伪卫星信号快速捕获方案

 为实现导航式弹道修正弹在高动态环境下对导航信号的快速捕获且摆脱全球定位系统(GPS)的限制,提出了一个完整的基于伪卫星区域定位系统的弹载接收机信号快速捕获方案。首先利用期望弹道辅助获得多普勒频移初始值以缩小多普勒频移搜索范围,然后采用改进的搜索策略进一步减小多普勒频移搜索时间,最后利用三次样条插值法处理相关谱谱峰及邻近采样点的数据以提高低频采样下粗捕获(C/A)码相位的测量精度。算法分析及仿真结果表明,所提方案能有效缩短多普勒频移搜索时间,提高PN码相位测量精度。     

差分GPS的原理和实现方法

GPS卫星无线电导航系统预计在1995年投入正式运行。GPS信号中的P码仅供美军和特别用户使用,C/A码则向全世界民用开放。C/A码受选择可用性(SA)影响,导航静度下降到一个适当水平。为提高GPS定位精度,各国都争相研究差分GPS(DGPS)。本文从GPS误差入手,主要就DGPS原理和实现方法进行讨论。     

BDS接收机星间载波相位偏差

BDS(BeiDou satellite navigation System,北斗卫星导航系统)的MEO/IGSO (Medium Earth Orbit/Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道)卫星在D1导航电文上调制了NH(Neumann-Hoffman,奈曼-霍夫曼)二次编码,而在GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)卫星上未使用.利用北斗MEO/IGSO和GEO卫星进行差分定位时,采用不同NH码符号映射规则的接收机之间会出现半周载波相位偏差的问题,严重影响RTK (Real-Time Kinematic,实时动态差分)应用.通过分析半周载波相位偏差的形成机理,从单差、双差、三差应用角度分别研究了半周载波相位偏差的影响.分析结果表明,接收机NH码符号映射规则与卫星不一致时,接收机直接用乘法器对NH码解调将存在反相,也即引入了半周载波相位偏差;在满足特定条件下,单差和双差应用时会存在半周载波相位偏差的问题;三差应用时不存在半周载波相位偏差的问题.最后,提出了需在北斗接口控制文件中明确卫星NH码调制或映射规则的修订建议.     

Gating Functions for Multipath Mitigation in GNSS BOC Signals

A new multipath mitigation technique is proposed for binary offset carrier (BOC) signals in global navigation satellite systems (GNSS) using the concept of gating function originally conceived for the GPS coarse-acquisition (C/A) code. Specially-tailored pulses are utilized to diminish the number of false-lock points of the code discriminator response and to improve the multipath mitigation capability. The code loop includes only four real correlators (two extra correlators are required for the simplified bump-jumping algorithm with BOC(n,n) signals). Results obtained with BOC(n,n) and BOC(2n,n) signals show that this technique eliminates the multipath ranging errors for reflected rays with relative delays typically above twenty percent of the spreading code chip duration, thus comparing favorably with the conventional receiver correlation techniques.     

Codes cross-correlation analysis and data/pilot code pairs optimization for Galileo E1 OS and GPS L1C

The Galileo E1 open service (OS) and the global positioning system (GPS) L1C are intending to use the multiplexed binary offset carrier (MBOC) modulation in E1/L1 band, including both pilot and data components. The impact of data and pilot codes cross-correlation on the distortion of the discriminator function (i.e., the S-curve) is investigated, when only the pilot (or data) components of MBOC signals are tracked. It is shown that the modulation schemes and the receiver configuration (e.g., the correlator spacing) strongly affect the S-curve bias. In this paper, two methods are proposed to optimize the data/pilot code pairs of Galileo E1 OS and GPS L1C. The optimization goal is to obtain the minimum average S-curve bias when tracking only the pilot components a the specific correlator spacing. Figures of merit, such as S-curve bias, correlation loss and code tracking variance have been adopted for analyzing and comparing the un-optimized and optimized code pairs. Simulation results show that the optimized data/pilot code pairs could significantly mitigate the intra-channel codes cross-correlation, and then improve the code tracking performance of MBOC signals.     

基于周期Wigner-Hough变换多相编码连续波雷达信号检测算法

为提高雷达侦察截获接收机对多相编码连续波弱信号截获能力,提出了一种基于周期Wigner-Hough变换（Periodic Wigner-Hough Transform,PWHT）的多相编码连续波信号检测算法。研究了线性调频连续波信号的PWHT及性质;分析了多相编码连续波信号时频主脊线的类似线性调频连续波特征;推导了高斯白噪声在PWHT域的统计分布特征,根据多相编码连续波信号与线性调频连续波的相似性,提出了基于PWHT的多相编码连续波信号检测算法,给出了实现流程,并计算出其检测性能和参数估计性能仿真的仿真结果。仿真结果表明：该算法较已有的其他多相编码信号检测算法有更好的弱信号检测能力,最小可检测信噪比至少可以降低3dB,并随着观测时间延长而进一步降低;其参数估计精度具有渐进最优的性质。     

Subspace array processing for the suppression of FM jamming in GPS receivers

The mitigation of FM interference in GPS receivers is considered. In difference to commonly assumed wideband and narrowband interferers, the FM interferers are wideband, but instantaneously narrowband, and as such, have clear time-frequency (TF) signatures that are distinct from the GPS coarse acquisition (C/A) spread spectrum code. In the proposed technique, the estimate of the FM interference instantaneous frequency (IF) and the interference spatial signature are used to construct the spatiotemporal interference subspace. The IF estimates can be provided using existing effective linear or bilinear TF methods. The undesired signal arrival is suppressed by projecting the input data on the interference orthogonal subspace. With a multisensor receiver, the distinctions in both the spatial and TF signatures of signal arrivals allow effective interference suppressions. The deterministic nature of the signal model is considered and the known underlying structure of the GPS C/A code is utilized. We derive the receiver signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) under exact and perturbed IF values. The effect of IF estimation errors on both pseudorange measurements and navigation data recovery is analyzed. Simulation results comparing the receiver performances under IF errors in single and multiantenna GPS receivers are provided.     

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。     

基于嵌入式技术的B码信号中同步脉冲提取方法的研究

首先对B码信号进行了详细地码型介绍和理论分析,然后提出了一种利用嵌入式技术来提取B码信号中同步脉冲的方法。该设计的核心部分是一片CPLD芯片,其内部实现了B码同步脉冲上升延的提取,脉冲宽度调制等功能。对设计过程中出现的关键问题,如脉冲宽度检测和毛刺信号的消除,本文提出了解决方法,并给出了仿真结果。与传统的方法相比,该设计方案具有精度高,体积小,成本低,工作稳定等优点。