卫星扩频信号抗窄带干扰性能限研究

卫星扩频信号的抗干扰性能关系到卫星链路系统的安全性。在高精度测距和有限星载处理能力约束下增加抗干扰环节会增加信号接收机复杂度并且引入测距误差,定量分析扩频测距中的天然抗窄带干扰能力可以为在什么条件下不需要采取抗干扰措施提供决策,对优化系统设计具有重要意义。本文对扩频测距的抗窄带干扰性能限进行了定量计算、分析,设计了实验测试方法和系统,达到了预期目的。     

卫星扩频信号抗窄带干扰性能限研究

卫星扩频信号的抗干扰性能关系到卫星链路系统的安全性。在高精度测距和有限星载处理能力约束下增加抗干扰环节会增加信号接收机复杂度并且引入测距误差,定量分析扩频测距中的天然抗窄带干扰能力可以为在什么条件下不需要采取抗干扰措施提供决策,对优化系统设计具有重要意义。本文对扩频测距的抗窄带干扰性能限进行了定量计算、分析,设计了实验测试方法和系统,达到了预期目的。     

导航BOC信号的抗干扰性能分析

二进制偏置载波(BOC)信号是一种新型的导航信号,其与传统扩频调制导航信号在性能上的差异是目前导航领域的关注重点之一。文章通过建立BOC信号接收系统的数学模型,针对窄带干扰、匹配谱干扰和带限白噪声干扰这几种典型的无线信道干扰,研究了BOC导航信号和传统扩频调制导航信号的抗干扰性能,并给出了几种典型导航信号的抗干扰性能参数。研究结果表明,BOC信号具有比传统扩频调制导航信号更强的抗干扰能力。     

基于FFT的DSSS系统变换域窄带干扰抑制技术的研究

为了消除直接扩频系统中的窄带干扰,采用变换域中的频域抗窄带干扰方法。根据直接序列扩频信号与窄带干扰信号在频域能量分布不同这一特性,利用快速傅里叶变换实现窄带干扰信号的实时检测和抑制。采用Verilog HDL硬件描述语言对算法进行基于FPGA实现的可综合的描述,最后在硬件测试平台上进行性能测试,测试结果表明带有窄带干扰的扩频序列通过窄带抑制模块后能够有效抑制窄带干扰。     

地基伪卫星系统多址测距误差的校正算法

相对于卫星导航,地基伪卫星与接收机距离较近,测距中不涉及电离层传播等误差,易实现高精度测距和定位。但由于地基伪卫星位置固定,在信号连续发射模式下伪卫星信号间的多址干扰(MAI)会引起相对恒定的测距误差,针对地基伪卫星系统这一特点,提出一种基于反馈串行干扰抵消(SIC)的测距算法。首先对全部伪卫星信号进行捕获跟踪和功率估计,然后通过串行干扰抵消算法降低强功率伪卫星信号对期望测距信号的干扰,通过反馈模式进一步提高干扰抵消算法的性能。仿真结果表明,该方法可有效改善地基伪卫星系统强远近效应区域内的测距性能,不考虑其他误差下在强远近效应区域内基于码环可将伪卫星测距性能从10 m以上降低到约0.3 m。     

遥感卫星多路数据传输系统同频共用方法

为节省频率资源，遥感卫星通常采用扩频体制实现多路数据的同频共用传输，针对通道间容易引起相互干扰的问题进行了研究，通过改进码分多址干扰估算模型，对采用平衡Gold码序列扩频系统抗干扰容限上界进行预测。在满足国际电信联盟（ITU）对卫星辐射功率通量密度约束条件下，提出了一种基于直接序列扩频体制的两路业务数据同频共用传输方法。仿真结果表明：当载波频率2GHz左右，两路辐射源的EIRP之差不大于8～15dBw时可以实现同频共用传输；如对信号扩频带宽进行差异化处理，则其相互兼容性还可进一步提高。     

北斗导航系统建设挑战重重

北斗导航系统非常复杂,它集导航定位双向简短数字报文通信和高精度授时于一身,还要具备一定的保密、抗干扰和抗摧毁的能力,技术上要求非常高,具有高精度测距指标难实现,高精度原子钟难研制,星座连续稳定运行难维持,产品一致性难保证,高密度发射风险大等难点。仅技术上导航卫星就涉及到偏航控制技术、高精度铷钟、二浮陀螺组件、铷钟精密热控技术、扩频应答机等12项关键技术;星座多种轨道环境复杂,卫星星座是由三种类型轨道组成的混合星座系统,每个轨道的特性都不同,特别是中圆轨道卫星的轨道辐射环境非常复杂,因此,整个系统建设充满着挑战。     

低轨星座短报文通信中的扩频信号二维快捕优化与实现

极弱信号、大多普勒动态变化条件下的接收机抗干扰、快速捕获同步技术是低轨卫星短报文数据通信的研究难点.本文首先分析了多普勒特性对低轨卫星扩频信号快捕的影响,讨论了现有各种捕获策略的优缺点.在此基础上提出双倍采样、补零的部分匹配滤波与快速傅里叶变换相结合的二维并行快速捕获优化设计方案,并进行了性能仿真分析,最后结合面向判决的同步技术,给出接收机原理样机捕获时间的实现结果.在给定前导码条件下,优化后的二维并行捕获平均时间为10 ms,远低于常规扩频码并行捕获的秒量级捕获时间,可以较好地满足低轨卫星星座全球短报文数据突发通信及随遇接入需求.     

低轨星座短报文通信中的扩频信号二维快捕优化与实现

极弱信号、大多普勒动态变化条件下的接收机抗干扰、快速捕获同步技术是低轨卫星短报文数据通信的研究难点.本文首先分析了多普勒特性对低轨卫星扩频信号快捕的影响,讨论了现有各种捕获策略的优缺点.在此基础上提出双倍采样、补零的部分匹配滤波与快速傅里叶变换相结合的二维并行快速捕获优化设计方案,并进行了性能仿真分析,最后结合面向判决的同步技术,给出接收机原理样机捕获时间的实现结果.在给定前导码条件下,优化后的二维并行捕获平均时间为10 ms,远低于常规扩频码并行捕获的秒量级捕获时间,可以较好地满足低轨卫星星座全球短报文数据突发通信及随遇接入需求.     

伪距波动原因中的星体多径因素排除

针对卫星可视弧段内伪距测量异常波动现象,从信号质量监测角度研究了卫星可视弧段内导航信号测距偏差变化问题,确认伪距波动是否由星体多径引起.利用大口径天线跟踪北斗卫星,采用两套采集设备实现了卫星可视弧段内的B1频点信号多次高载噪比采集,根据基于参考波形的测距偏差估计方法分别处理多组采集数据,获得了不同仰角上的测距偏差.在一个仰角下的采集数据,当滤波器带宽远远大于信号带宽时,采样率与下变频器均不同的两套采集设备获得的测距偏差相同,且测距偏差均与相关间距及滤波器带宽有关,但当滤波器带宽超过15MHz后,测距偏差的差异可以忽略.比较不同仰角下的测距偏差,在卫星可视弧段内测距偏差变化很小,因此认为星体多径引起卫星可视弧段内信号质量的变化不是伪距测量异常波动的原因.      

伪码扩频测距系统中多径误差的实验测量与分析

利用扩频测距发射与接收设备,设计了多径误差测量实验,获得了测距误差随多径延迟变化的实测数据,并针对实验进行理论建模与分析仿真,计算结果与实测数据基本吻合,证明了扩频测距系统中多径分析与仿真模型的正确性,确认了多径引入的扩频测距误差的影响量级。     

北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究

连线端站干涉测量(connected element interferometry，CEI)是高精度测角技术，在中高轨卫星、月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景。基于CEI技术特点，提出了一种新的测量方法，即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量。构建了CEI试验系统对北斗GEO卫星进行观测，利用相干测距模式下的下行信号解算群时延、相时延。利用北斗GEO卫星精密星历计算的时延理论值，对北斗GEO卫星CEI群时延和相时延结果进行评估。结果表明，相干测距模式下CEI群时延和相时延残差均值分别为0.47ns、0.08ns，标准差(3σ)分别4.2ns、0.13ns。该项研究验证了相干测距模式下CEI相时延解算的可行性，可为共位地球同步卫星精密相对定位、月球探测器CEI测量提供技术参考。     

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

目前北斗/GPS双模接收系统的抗干扰研究还比较少,主要是针对GPS的抗干扰研究。北斗和GPS接收机易被干扰,为了改善强干扰环境下接收机的性能,研究不同阵列、不同算法对接收机抗干扰性能的影响,在GPS的抗干扰研究的基础上设计并实现了一套北斗和GPS双模接收系统的抗干扰平台。实验结果表明,该系统能使北斗和GPS双模接收机在-30dBm强干扰的环境下搜到6颗北斗导航卫星和5颗GPS导航卫星,并正常定位,说明该系统能达到干扰抑制的目的。该系统也可推广至多种卫星导航接收机的抗干扰平台。     

扩频测控体制信号捕获方法分析

扩频综合基带设备集成了遥控、遥测、测距、测速等多种通用功能,在扩频测控体制的发展中占据重要的地位.针对综合基带设备的复杂需求,分析了传统信号捕获方法的局限性,在此基础上提出一种改进的扩频测控信号捕获方法.对载波多普勒范围进行子区间划分,采用二次频率调谐和分段积分累加来扩展频率捕获范围.引入非线性变换解决非相干测控体制下基带数据翻转造成的捕获性能恶化问题.通过仿真结果验证方法的有效性.最后分析了改进方法的捕获性能,可以为综合基带设备研制和测控体制参数设计提供参考.     

新一代卫星导航信号测量性能分析

导航信号的测量性能最终影响系统定位、测速、授时等服务精度, 是系统顶层设计的重要论证内容之一. 结合COMPASS系统新一代卫星导航信号体制框架设计, 分析了各种应用条件下的伪距、载波相位和多普勒测量精度, 并以典型设计参数为例进行了数值计算. 结果表明, 在接收机典型设计参数和工作条件下, 各信号分量均能够实现0.1m的伪距测量精度、0.006周的载波相位测量精度以及0.005m·s-1的多普勒测量精度. 首次给出的针对新信号体制各项测量性能的研究结果可为卫星导航系统信号体制设计、 导航接收机关键参数设计以及卫星导航系统用户测距误差预算等顶层设计提供参考.      

北斗卫星导航空间信号模拟畸变研究

针对卫星导航信号生成载荷故障会导致信号畸变,对北斗卫星导航信号模拟进行了研究分析。首先,建立了北斗导航信号模拟畸变的数学模型并对其进行了理论分析;其次,推导了北斗信号发生模拟畸变后的相关函数、功率谱密度函数和相关损耗,并仿真分析了北斗信号模拟畸变的相关峰曲线、功率谱密度曲线和相关损耗曲线;最后,利用S曲线及S曲线锁定点偏差的模型,仿真了北斗模拟畸变信号S曲线及S曲线锁定点偏差,并分析了北斗信号发生模拟畸变对测距性能产生的影响。结果表明：北斗信号发生模拟畸变的畸变程度越大,伪距测量误差越大,则导航系统的测距精度和定位精度越低,增强系统的完好性越小。     

双星定位系统改进方案与仿真研究

文章在考虑将系统改进到被动无源的单向测距模式时 ,提出在现有双星系统基础上增加伪卫星伪距观测量的两种改进方案 ,并对两种方案中的伪卫星进行最佳配置 ;通过两种双星系统的改进方案与原系统的对比分析 ,证明双星定位系统中增加伪卫星的方法可以改善系统的性能和定位精度。     

北斗卫星导航空间信号模拟畸变研究

针对卫星导航信号生成载荷故障会导致信号畸变,对北斗卫星导航信号模拟进行了研究分析。首先,建立了北斗导航信号模拟畸变的数学模型并对其进行了理论分析;其次,推导了北斗信号发生模拟畸变后的相关函数、功率谱密度函数和相关损耗,并仿真分析了北斗信号模拟畸变的相关峰曲线、功率谱密度曲线和相关损耗曲线;最后,利用S曲线及S曲线锁定点偏差的模型,仿真了北斗模拟畸变信号S曲线及S曲线锁定点偏差,并分析了北斗信号发生模拟畸变对测距性能产生的影响。结果表明：北斗信号发生模拟畸变的畸变程度越大,伪距测量误差越大,则导航系统的测距精度和定位精度越低,增强系统的完好性越小。     

卫星通信中基于扩频技术的异步差分空时协同编码研究

卫星通信系统中, 经过不同信道的中继信号强度存在显著差异, 存在同步误差且时延差动态变化, 严重影响了误码性能. 传统方案一般通过引入差分编码解决卫星通信接收端的动态信道估计问题. 本文通过扩频系统中的正交码区分来自不同中继卫星的信号, 借助扩频码表提取各路信号后进行空时解码. 从仿真结果可知, 差分空时编码与扩频技术相结合能获得更好的误码率性能, 很好地解决了随机时延差问题, 使接收端无须对信道参数进行估计, 从而大幅降低其复杂度.      

新型GNSS信号波形设计

在发射带宽严格受限的约束下连续函数波形信号较传统矩形波形表现出了较高的频谱利用率优势和优良性能,很有可能应用到未来的全球卫星导航系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)信号体制中.在建立导航信号波形设计准则的理论模型基础上,研究了7种可能适用于未来GNSS系统的新型信号波形,在典型的宽/窄发射带宽条件下,通过仿真评估了传统GNSS信号和新型GNSS信号的精度、抗多径、抗干扰等性能,优选出BOCc和MSK两种适用于不同环境的信号波形: 在频谱资源充足的情况下,BOCc信号具有最优的导航性能;在频率资源受限的情况下,MSK信号兼容性好,抗干扰能力强,拥有较好的导航性能.最后,结合两类信号波形的优缺点提出了我国新一代卫星导航系统信号波形设计的建议.