GPSⅢ首星信号结构及其特性分析

导航信号是连接空间卫星和地面用户端的枢纽,是卫星导航定位系统中最重要的部分之一,其优劣直接影响后续的定位、测速、授时等性能.该文利用国家授时中心40?m高增益天线对GPSⅢ首星进行多次信号采集及比对分析工作,从GPSⅢ?L1频点调制矢量及频谱分布入手,对L1频点载波相位存在"滑动"现象进行了深入剖析,得出该现象主要源于L1M信号.利用C/A码解析出授权信号M码,定量分析了L1频点信号分量的S曲线过0点偏差以及功率占比,其中L1M?S曲线过0点偏差达到0.058?ns,信号功率占比最高可达6.78.该文研究成果可为研究新一代GPS信号的调制方式提供支撑,也可为后续北斗导航卫星系统信号体制设计以及信号质量评估方法提供参考.     

GPS L1频点授权信号质量评估

GNSS信号的空间信号(SIS)质量直接影响用户的定位、测试和授时(Positioning, Velocity and Timing, PVT)服务精度,但由于授权信号保密等原因,授权信号的伪码序列未知,卫星导航系统授权信号质量评估存在一定的困难性。该文主要分析GPS BIIF-5卫星L1频点的相干自适应副载波调制(CASM)信号,利用匹配滤波理论恢复出采集数据中的P(Y)码和M码两个授权信号分量的伪码符号,采用极大似然估计结合信号分布特点准确求解出各信号分量之间的功率分配。重点分析P(Y)码和M码信号相关性能,包含相关曲线、相关损失和S曲线过零点偏差(S-Curve bias),定量地评估了授权信号的空间信号质量。提出完整的基于GPS L1频点授权信号质量评估方法,研究成果可作为其他卫星导航系统授权信号质量评估的参考。     

基于高增益接收系统的Galileo E1信号质量评估方法研究

Galileo系统在E1频点采用Interplex调制方式播发导航信号,由于缺乏E1信号功率分配和伪码序列等先验信息,一般的研究人员只能开展有限的信号质量特性研究.针对该问题,提出一套基于高增益天线的空间信号质量评估方法,实现了E1授权信号的解析,完善了E1信号评估体系.运用相关功率法来解决信号分量功率比问题,采用跟踪结果解决相位偏差估计问题,提出加权组合平均和码相位平均相结合的新型时域波形分离方法,克服了电文和码多普勒对时域波形特性评估的影响,采用S曲线过零点偏差（S-curve offset Biases,SCB）等参数进行信号测距偏差定量评估.通过该方法对Galileo GSAT-0214卫星进行了评估,结果显示：该卫星E1各信号分量SCB小于0.2ns,测距性能优异,其复用效率达到了97.8%,优于GPS L1信号和北斗三号系统（BDS-3） B1信号.     

GPS III首星空间信号质量监测评估

GPS （Global Positioning System）在新一代卫星载荷中采用了大量新技术,首颗卫星成功发射后,官方尚未系统公布各导航信号的调制方式、复用方法等关键信息,因而其在轨测试阶段的空间信号质量评估具有重要的意义.该文选择地面接收功率、功率分配、相位关系、调制特性和测距性能等评估参数,深入分析了GPS III卫星L1频点空间信号质量,剖析了该卫星上多种新技术的信号特征.论文成果对其它GNSS（Global Navigation Satellite System）卫星载荷设计及信号体制设计等方面具有重要的参考意义.     

GPSⅢ新体制L2频点导航信号分析

与GPS第二代卫星相比,首颗GPSⅢ卫星除了在抗干扰能力、 定位精度和使用寿命等方面得到提高外,在发射信号的调制复用方式上也进行了调整.通过高精度信号质量采集分析技术,对GPSⅢ新体制L2频点信号分量和调制复用方式进行处理分析,并在频域、 调制域、 相关域以及信号分量功率占比等方面与GPSⅡ旧体制L2频点信号进行对比分...     

GPS Ⅲ新体制导航信号监测分析

新一代GPS Ⅲ卫星相较于前期的旧体制卫星,不仅在定位精度、抗干扰能力和使用寿命等方面得到加强,而且L1频点的信号分量构成也更加复杂,增加了新的民用信号L1C。考虑到新体制信号分量数目的增加和信号调制复用方式的逐渐复杂,针对GPS Ⅲ卫星的信号复用方式有必要进行相应研究。信号播发过程中的功率占比和相位关系会受到信号调制复用方式的选取和组合的影响,并且在不同调制复用方式星座点的分布上,卫星功率放大器的非线性特性也会影响到不同信号星座点对应的信号幅值。利用低失真的数据采集处理平台和精细化的信号软件接收处理算法完成了对首颗GPS Ⅲ卫星经过中国上空时的信号采集工作,并对其信号的调制方式、分量组成和复用方式等方面进行了相应处理,通过与上一代GPSⅡ信号进行对比分析后发现,新体制的GPS Ⅲ信号除了在原有L1频点上增加了L1C外,L1,L2信号也不再采用传统的恒包络复用方式,且内部各信号分量的功率占比也有所改变。     

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。     

卫星导航长码信号波形监测方法

由于信号微弱,如何获得在轨导航卫星的清晰信号波形是卫星导航信号质量监测研究中的难点之一,为此提出了一种在轨导航卫星的信号波形监测方法。该方法基于Vernier采样原理,利用大口径抛物面天线对在轨卫星进行信号采集,经过消除初相和残余频率、累加平均和数据组合等处理,获得清晰的码片波形。对于相同码速率的民用信号和长码信号,可确定民用信号和长码信号的伪码相位偏差。利用大口径抛物面天线对北斗卫星进行跟踪,获得了多颗北斗卫星B1频点民用信号和长码信号的码片波形。结果表明,民用信号和长码信号的码片波形的轮廓差异较小,但伪码相位存在偏差。     

北斗B1信号质量相关域评估方法研究

针对北斗B1信号的调制特点，采用离线数据分析方法，在相关域实施了实采北斗卫星导航信号质量的测试评估。在深入了解卫星信号相关域质量监测指标的基础上，围绕北斗B1频点信号的相关峰波形、S曲线及其偏差、二阶中心矩、相关峰斜率对称性、相关峰幅度对称性以及相关损耗等，定性或定量地分析了相关指标与测距偏差之间的关系。实测数据验证了理论分析结果，相关研究成果可以为单颗星信号质量在相关域方面的测试评估提供依据。     

GPS M码、C/A码和P码性能比较研究

M码信号是GPS信号现代化的一项重要内容,是GPS系统采取的主要抗干扰措施。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,并在2004年发射了第一颗M码卫星。简要介绍了M码调制原理和频谱特性;在此基础上,结合C/A码和P码的频谱,根据定义的带限功率、带限信号的均方根带宽、频谱隔离系数和有效矩形带宽4种参数对M码、C/A码和P码性能进行了比较分析。     

北斗B1C信号及导航电文的特点分析与比较

我国北斗全球卫星导航系统工程建设已经启动,北斗互操作信号B1C的接口控制文件已经发布。本文重点对北斗B1C信号及导航电文进行介绍,并对其信号及导航电文的设计特点进行分析,同时与GPS L1C和Galileo E1OS互操作信号进行比较。分析显示,北斗B1C的信号和导航电文编排,在充分借鉴GPS L1C和Galileo E1OS信号特点的基础上,进行了优化设计。B1C信号具有与L1C信号和E1OS信号相同的中心频点和频谱结构,采用了数据导频支路、MBOC调制、分层码结构等设计方案,导航电文与GPS L1C也较为相近,实现与GPS L1C、Galileo E1OS信号的互操作。同时B1C也具有自身独有特点,如B1C导频支路采用QMBOC(6,1,4/33)调制方式、导航电文采用64进制LDPC编码,在实现互操作的基础上,也创新了自身特色。相对于北斗B1I信号,北斗B1C信号具有更好的弱信号跟踪、更短的首次定位时间等服务性能。     

GPS C/A码发生器的仿真研究与FPGA设计

全球定位系统（Global Positioning System,GPS）能够向全球范围内的用户提供全天候的高精度导航、定位和授时服务,在军用和民用领域得到了广泛的应用.以GPS系统的测距码粗码C/A码为研究对象,在深入研究C/A码信号生成原理的基础上,利用Matlab中的Simulink对C/A码信号的生成进行了建模、仿真和分析,并利用FPGA设计并实现了C/A码发生器,详细说明了C/A码生成的设计原理,对其中的关键模块进行了设计和分析,给出了具体实现方案,同时阐述整个应用程序的流程,设计采用抽头选择控制端设置产生不同GPS卫星号的C/A码,最终仿真进一步验证了其结果的正确性,它可以产生任意GPS卫星号的C/A码,设计中采用VHDL语言实现的C/A码程序,可应用于基于FPGA的GPS接收机设计中,对研究我国的北斗导航系统接收机有一定的借鉴意义.     

GPS卫星捕捉及跟踪算法研究

为了能完成卫星定位,需要对卫星信号进行捕获、追踪。文中针对带有C/A码的L1频段的GPS信号进行定位研究,捕获能从接收的信号中粗略地估算出可见卫星的信号参数,用于帮助接收机初始化跟踪环路,并开始跟踪信号。码跟踪和载波跟踪模块则将这些参数细化,跟踪后即可解调出导航数据。仿真结果表明,算法可准确快速地从32颗卫星中捕捉和跟踪预定的卫星信号。     

基于数字变频处理的GPS/BDS双模捕获

全球定位系统(Global Positioning System,GPS)与“北斗”定位导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)的双模导航能够提高定位稳定性与精确性,但通常在前端硬件设计中需要建立双通道对GPS和BDS射频信号分别进行处理,极大地增加了硬件设计复杂度以及功率的消耗。针对双通道硬件设计的复杂性问题,提出了在Matlab环境下对GPS/BDS双频信号进行数字变频处理的方法。该方法将硬件中的变频功能在软件中实现,从而降低了硬件设计的复杂度且保证了算法与不同全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)以及前端硬件的兼容性。实验结果表明,在不同的单通道硬件设计下,利用该方法能够成功在软件中消除与L1或B1的频偏得到捕获信号,并捕获到GPS/BDS可见卫星信息。     

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。     

GPS软件接收机中微弱信号捕获算法研究

信号捕获的目的是确定接收机当前所在位置的可见卫星号,进而计算可见卫星的载波频率和伪随机码相位信息.目前随着GPS接收机应用的日益广泛,如何在弱信号环境下实现定位的问题日益突出.普通的GPS接收机不能捕获和跟踪到导航卫星信号,只能设法提高GPS接收机的灵敏度来实现导航和定位.为了解决微弱信号情况下的GPS信号捕获问题,在...