一种复合伪随机码跟踪环路设计及误差分析

该文针对当存在较大的载波相位跟踪误差时可能导致传统的复合码相干型跟踪环路失效的问题提出一种复合码非相干型跟踪环路。通过给出基于二进制偏移载波(BOC)调制的复合码的构造和相关特性分析,设计了具有非相干型鉴别器的跟踪环路,并分析了环路的跟踪误差。分析和仿真结果表明该环路解决了在存在较大载波相位误差时跟踪环路失效的问题,且具有良好的跟踪性能。     

BOC(1,1)信号处理方法研究和码跟踪精度分析

本文介绍了BOC（1,1）信号的调制原理、信号的频谱特性和自相关函数特性,分析了BOC（1,1）信号自相关结果的多峰值特性和由此特性造成的跟踪和锁定难度的增加。介绍了基于高精度测距技术的码跟踪环路的设计方案。实验表明,该环路设计可以可靠地跟踪BOC（1,1）信号并提供较高的测距精度。     

卫星导航系统中的BOC调制和接收技术分析

BOC调制是一种新的调制方式,能够实现频谱分离并能够充分利用整个频带,比传统的BPSK调制拥有更好的自相关特性,以至于能够改善定位精度。由于BOC调制信号在载波频率点处有较低的功率谱密度,因而,在未来的卫星导航系统中使用BOC调制信号将能够减少信号间的干扰。本文详细地分析了BOC调制信号的特点,通过对功率谱密度函数、自相关函数、Gabor带宽和码跟踪精度等参数的分析和仿真,验证了BOC调制信号在相关特性、抗干扰能力和码跟踪精度方面的优越性。并针对BOC调制信号自相关峰的多峰带来的跟踪不确定性会使捕获复杂度增加和带来跟踪误差的问题,本文介绍了几种BOC调制信号的接收技术,可为我国自主研发的导航系统的信号体制设计和系统优化提供技术支撑。     

北斗B1C频点正交复用二进制偏移载波信号闸波设计方法

第3代北斗卫星导航系统中B1C频点信号将使用正交复用二进制偏移载波调制方式。为了增强北斗卫星导航接收机码跟踪环路的抗多径性能并且解决码跟踪中的模糊跟踪问题,该文针对正交复用二进制偏移载波调制信号QMBOC(6, 1, 4/33)提出一种双闸波码跟踪环路结构。根据理想的目标鉴相函数和二进制偏移载波调制信号自相关函数的特点分别设计出针对BOC(1, 1)和BOC(6, 1)信号的闸波,并在本地码跟踪环路中使用这两种不同的闸波分别与输入信号相关,最后将所得的两个相关函数进行加权合并以用于鉴相过程。计算机仿真结果表明所提方法不仅能够有效消除QMBOC(6, 1, 4/33)信号的模糊跟踪可能性,且能够大幅增强接收机的抗多径性能,其对应多径误差包络面积相比于现有的方法能够减少约33%。     

基于ASPeCT的BOC调制信号捕获与跟踪研究

针对BOC调制信号传统捕获算法的模糊问题,在对直接捕获法、BPSK-Like法以及ASPeCT法分析的基础上,确定了ASPeCT法作为信号接收机捕获模块的设计方案。然后设计了基于BOC调制信号的跟踪环路,在对载波环和码环分析的基础上,确定了锁频环辅助锁相环作为环路中载波环的设计方案,以及修正后的EMLP鉴相器为环路中码环的设计方案。最后,对基于ASPeCT法捕获及基于锁频环辅助锁相环、ASPeCT修正码环的信号跟踪进行了实验仿真,验证了捕获模块和跟踪环路方案的有效性。     

一种新型卫星导航信号波形畸变特性评估新方法

全球卫星导航系统(GNSS)导航信号的波形特性将会影响导航信号质量,而信号质量优劣则直接决定了整个GNSS的服务性能极限。传统的波形畸变评估方法主要针对传统相移键控(PSK)调制信号的波形幅度和宽度开展研究,而忽视了波形不对称对跟踪误差和测距误差带来的影响。该文在国际民航组织(ICAO)所采用的传统测距码波形分析模型TMA/TMB/TMC基础上,给出了适用于各种新型二进制偏置载波(BOC)调制的波形畸变分析扩展模型。接着提出能够精细分析波形上升下降沿对称特性(WRaFES)分析模型,并从时域波形、相关函数、S曲线过零点偏差3个方面,深入仿真分析了WRaFES模型的性能特点。最后,以北斗试验卫星M1-S B1Cd信号为例,给出了基于WRaFES模型及相关曲线特性的实测分析结果。研究表明:该方法能够精确分析导航信号波形不对称性及对用户带来的影响,研究成果可为新型卫星导航信号评估提供一种新方法和新思路,同时还可为GNSS用户接收机相关器间隔参数的合理选取提供建议和技术支撑。     

BOC调制导航信号关键技术研究

BOC调制作为一种导航信号体制,具有良好的抗多径和抗干扰性能,同时实现共用载波频率条件下的频谱分离。与BPSK调制信号相比,BOC调制信号具有多径误差小、码跟踪热噪声误差小的优点。通过对BOC调制技术和合路方式的深入分析,给出了各种BOC调制的自相关和功率谱函数,以及各种合路方式的分析比较。通过仿真验证了BOC信号的码跟踪性能和抗多径性能的优越性。     

我国未来卫星导航信号的优先选择——BOC调制信号

对BOC调制信号的产生、谱特性、自相关、码跟踪和接收处理方法进行了分析。结果表明,与BPSK信号相比,该信号可以实现频段共用,同时实现频谱分离,具有较强的抗干扰能力;在相同码速率条件下,其相关函数曲线更陡峭,具有更高的码跟踪精度和更好的多径分辨能力;采取有效处理方法可以消除BOC信号相关函数中多峰造成的模糊问题。鉴于BOC信号的优点,建议我国未来卫星导航信号优先选用该信号。     

余弦相位BOC信号互相关延迟无模糊跟踪方法

二进制偏移载波调制信号（Binary Offset Carrier,BOC）是具有高精度和抗多径潜质的导航信号,然而余弦相位BOC(Cosine-phased BOC,CosBOC) 信号的自相关函数（Auto-correlation Function,ACF）的复杂多峰易引起跟踪模糊且难以消除。根据CosBOC信号形状码向量设计出本地辅助信号,与接收到信号相关运算形成子互相关函数,再进行延迟移位、线性组合和非线性处理获得无模糊相关函数,从而消除副峰并实现无模糊跟踪。针对CosBOC(10,5)的仿真结果表明,当载噪比大于27 dB-Hz时,该方法的码跟踪精度优于类二进制相位键控（Binary Phase Shift Keying Like,BPSK Like）法和伪相关函数（Pseudo-correlation Function,PCF）法,且该方法的多径误差包络面积小于BPSK Like方法和PCF方法。     

同源多码流直接序列扩频信号性能分析

新一代GPS系统加入了二相偏移载波(BOC)调制信号。相对GPS传统PSK-R信号,BOC信号具有更多的高频分量,在抗干扰性能、码跟踪精度、频谱利用和给定带宽条件下的多信号复用诸方面获得改善和提高。该文分析提出,GPS传统C/A码和P(Y)码信号做为整体时具有与BOC信号相似的特性。该文将其推广到一般化同源多码流信号,分析表明,可以将同源多码流信号作为新信号形式联合处理,以在白噪声和人为干扰具主导作用环境提高码跟踪性能。该文得出两种经典信号谱型条件下,以信号参数表示的码跟踪误差改善的表达式并给出了实现3 dB码跟踪性能改善的参数数值。     

同阶二元偏移载波调制信号跟踪技术

针对同阶二元偏移载波调制卫星导航信号,提出一种高效新算法解决信号跟踪中的模糊性。分析了同阶二元偏移载波调制原理、信号跟踪模糊性及解决方法,利用本地扩频码与接收信号的相关函数特点,构建了码跟踪环路鉴相曲线,选择了合适的相关间距作为符号判决,联合构成鉴相器,推导了算法设计的正确性,给出了实现架构。仿真结果表明,码相位捕获误差±0.9个码片内均可正确跟踪。该方法可进一步应用于全球卫星导航系统新体制信号的接收处理。     

基于局部相关函数插值的二进制偏移载波调制信号码相位估计与鉴相方法

为了进一步提高卫星导航接收机对BOC(1,1)及其衍生类型调制信号的码鉴相的质量和跟踪能力,尤其是在高动态下的跟踪性能。该文提出一种基于局部相关函数插值的方法确定BOC(1,1)调制信号的码相位。该方法基于相关器阵列的结构,根据相关器阵列的输出值判断相关峰值的大致范围。利用广义延拓逼近的方法估计码相位的位置,同时在缺少延拓空间的情况下构造一个虚拟的相关器以完成对码相位的估计。该文具体分析了单侧相关器个数对牵入范围的影响,在此基础上对所提方法进行了计算机仿真实验。理论和仿真证明:所提方法能够在不增加过多硬件资源的条件下扩大码鉴相函数的线性牵入范围,进而能够提高接收机对于BOC调制信号的跟踪精度。     

Code phase discrimination function shaping method for Compass B1C QMBOC (6,1,4/33) signal

The discrimination function shaping method has been proposed to improve the anti‐multipath performance for a global navigation satellite system receiver. However, the existing methods fail to fully exploit the potential anti‐multipath performance of multiplexed binary offset carrier (MBOC)–modulated signals. In this paper, a code phase discrimination function shaping method is proposed for a Compass B1C quadrature MBOC‐modulated signal. The in‐phase binary offset carrier (BOC) (1,1) signal and quadrature‐phase BOC (6,1) signal replicas are designed according to the least squares estimation. Then a shifted cross‐correlation function (CCF) between the in‐phase BOC (1,1) signal and its pseudorandom noise code is multiplied with the obtained CCFs to ensure an unambiguous tracking. Finally, a discrimination function with a small pull‐in range can be obtained by a weighed combination of the in‐phase and quadrature‐phase CCFs. A computer simulation is conducted to assess the performances under multipath and thermal noise conditions.     

北斗系统信号时域波形失真评估

卫星导航信号时域波形是空间信号质量监测和评估(SQM)的重要内容,本文利用大口径天线接收系统采集的离线数据对北斗IGSO-6卫星B1频点信号时域波形进行分析。首先提出利用基于码相位平均方法求取高信噪比的时域波形,在此基础上利用标准码片波形相关技术提取出码元波形。然后建立相关函数和码元波形的统计理论联系,利用码元波形相关函数差分析信号边沿特性,最后在时域波形上计算出所有北斗卫星的数字失真量,详细评估不同卫星数字失真规律。     

BOC信号解模糊通用模型的构建与应用

针对现有边峰消除方法缺乏理论分析模型的问题,提出了一种新的边峰消除理论分析通用模型,将现有的各种基于相关函数组合的二进制偏移载波(BOC)信号无模糊处理方法统一起来,同时为算法的设计提供了有力的数学工具.该模型通过建立泛化的扩频符号波形,构建接收BOC信号与本地辅助信号的互相关函数.基于现有方法对该模型进行了数学证明.并在此模型的基础上提出了一种新的基于合成相关函数的BOC信号无模糊跟踪方法.理论分析与仿真结果表明,新的无模糊跟踪方法能够在保持BOC自相关函数主峰宽度的前提下,完全消除其边峰,实现无模糊跟踪,同时该方法具有较好的多径抑制能力.     

Strobe double phase estimator: a multipath mitigating technique for BOC signal in GNSS based on double phase estimator

Double phase estimator (DPE) is an unambiguous binary offset carrier (BOC) tracking algorithm for band‐limited receivers in Global Navigation Satellite Systems. Based on the strobe pulse method, the DPE was modified by introducing a strobe waveform in the prompt signal correlation process of the subcarrier phase lock loop in this paper.. This strobe DPE (SDPE) employs no additional correlators. Two different reference strobe waveforms and their receiving structures are provided. The performance of the SDPE is characterized according to the subcarrier multipath error envelope (SMEE) and the tracking jitter. Simulation results show that, relative to conventional DPE, the first waveform employed in this study provides a reduction in the SMEE area of 81.1% and 75.1% for BOC(1,1) and BOC(14,2) signal, respectively. The second waveform employed in this study provides a reduction in the SMEE area of 82.5% and 76.8% for BOC(1,1) and BOC(14,2) signal, respectively. They also both outperform the double estimator about 64.4% and 53.2% for BOC(1,1) and BOC(14,2) signal in the SMEE area. However, the SDPE experiences a loss of ?6 and ?7.25 dB, respectively, for two reference waveforms in terms of the post‐coherent signal‐to‐noise ratio, which impacts its tracking precision. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Tailored spreading symbols in “Strobe Correlators” using “W2-pulses”

A “Strobe Correlator” is a correlation-based multipath mitigation technique that utilizes tailored reference waveform to shape the discriminator function for tracking Global Navigation Satellite System (e.g. Global Positioning System) signals. Multipath performance of these techniques for Binary Phase Shift Keying (BPSK) signals has been discussed for decades but for some, their noise performance may not be easily evaluated analytically. In this paper, a theoretical framework is provided for noise evaluation of “Strobe Correlators” using complex strobes for both BPSK and sine-phased Binary Offset Carrier (e.g. BOC(1,1)) signals. Mathematical expressions of the tailored spreading symbols as key factors are derived and used for theoretical code tracking variance analysis of various correlation techniques including the “Gating Function” using a complex strobe-pulse liked waveform (i.e. “W2-pulses”). Empirical results for the sine-phased BOC(1,1) signal are given as verification. Analytical results reveal that the techniques using a W2-pulse suffer from higher code tracking variance than others, due to increased sensitivity to noise. The sensitivity to pre-correlation bandwidth is found to relate to the relative placement of the strobe pulses.     

基于数字锁相环的新型频相检测方法研究

在经典DPLL(数字锁相环)的基础上,提出了一种在中频过采样背景条件下利用过采样值进行相位捕捉和跟踪的新型数字锁相环。该方法利用两级鉴频器实现频率锁定,同时利用高频过采样实现数字锁相,对相位误差一步调整到位而不需连续多次调整。最后讨论了波形失真和随机抖动的影响;利用相对阈值法使性能得到很大改善。该方法解决了锁定精度和锁定时间不能同时兼顾以及抗干扰能力差等若干问题。