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.     

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。     

接收机参数对北斗三号卫星伪距偏差影响研究

伪距偏差是抑制北斗系统服务能力提升的重要误差源,影响用户实时定位性能和卫星精密定轨处理.目前对北斗三号伪距偏差的分析研究与测量较少,文章首先从理论上分析了接收机的前端滤波带宽和相关器间隔对伪距偏差的影响,并对理论分析结果进行了仿真.然后在此基础上利用7.5 m大口径天线对北斗三号在轨卫星信号进行采集,使用软件接收机对卫星实测数据的伪距偏差进行测试验证,全面分析了前端滤波带宽和相关器间隔对北斗三号卫星信号伪距偏差的影响.根据理论分析和实测验证的结果,得到了接收机的相关器间隔和前端滤波带宽对北斗三号卫星B1I、B3I和B1C信号的伪距偏差影响范围.研究表明,通过合理设置接收机相关器间隔和前端滤波带宽,可有效减小北斗三号卫星信号伪距偏差,提升用户定位精度.     

北斗卫星导航系统伪距偏差特性及减轻措施研究

随着人们对卫星导航系统定位精度需求的不断提升,近年来伪距偏差问题越来越受到广泛关注.然而截至目前,国内外专家学者对北斗系统的伪距偏差问题研究甚少.本文首先深入分析了北斗系统的伪距偏差产生根源,在此基础上对伪距偏差随接收机参数设置变化的关系进行详细阐述.然后基于昊平观测站的40m大口径天线采集的各颗北斗卫星下行信号数据,利用软件接收机遍历并分析了在不同接收机带宽、不同相关器间隔情况下,以及不同卫星仰角情况下北斗各颗卫星的B1 I和B3 I信号伪距偏差测量结果.最后根据北斗伪距偏差的特点,首次给出了我国北斗接收机参数设置建议.研究结果表明:在一定的接收机参数设置范围内,本文提出的方法可以将北斗伪距偏差降低到20cm以内.本文的研究成果不仅能够进一步促进广大专家学者对我国北斗伪距偏差的深入了解及广泛关注,同时还能促进我国BDS(BeiDou Navigation Satellite System)及其他GNSS(Global Navigation Satellite System)系统接口控制文件的进一步完善.     

利用参考波形估计导航信号测距偏差

针对卫星导航信号存在的微小信号畸变,研究了因导航信号畸变而引起的测距偏差的估计问题。基于理想矩形脉冲波形和真实信号波形的上升沿零交叉点信息,给出参考波形定义,并以此为基础估计测距偏差。该方法可用于定量评估卫星导航信号波形畸变对测距偏差的影响及比较卫星之间的测距差异。以二阶模型为基础产生畸变波形,验证了该方法的有效性,并分析了估计精度与信噪比关系。通过大口径天线采集“北斗”卫星B1频点信号,利用该方法获得了B1频点I/Q支路信号的测距偏差,表明该方法可用于在轨卫星信号的测距性能评估。     

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。     

码相关参考波形技术在卫星导航信号中的多径抑制性能研究

由于多径信号的弱相关性，无法通过差分技术加以消除，多径误差已经成为当前测距、定位中的主要误差源。通过理论分析和仿真验证表明：码相关参考波形技术(CCRW)具有比窄相关、双 delta 算法更为优异的多径抑制性能。以北斗 B1I 信号为例在工程样机进行实验验证，结果表明 CCRW 可以抑制除零码片附近的所有多径信号。通过选取不同的参考波形，可以简化接收机通道逻辑设计，达到节约硬件逻辑资源、降低接收机功耗的目的，具有良好的应用前景。     

一种集成ΣΔ 小数频率合成器的双通道多模全球导航卫星系统接收机设计

本文给出了一种72mW的集成ΣΔ 小数频率合成器的高集成度双通道多模全球导航卫星系统接收机的设计,接收机覆盖GPS L1和北斗B1、B2、B3频段。接收机采用TSMC 0.18μm工艺,封装类型为3毫米?3毫米48脚封装。在没有片外低噪声放大器的情况下,噪声系数小于5.3dB,北斗B2、B3频段通道增益为105dB,GPS L1和北斗B1频段通道增益为110dB.镜像抑制dB.两个通道在的锁相环在偏离载波1MHz的频率处相位噪声为-115.9dBc和-108.9dBc。尽管两个不同的导航信号可以同时接收,在低功耗模式下,芯片实现了全球导航卫星系统多个频段的兼容,方便了用户的使用。     

北斗三号基本系统空间信号质量评估

全球卫星导航系统(GNSS)空间信号(SIS)质量直接影响了用户使用性能。北斗三号卫星不同于北斗二号卫星,将继续播发北斗二号老信号,同时新增播发B1C, B2a等新信号,多频多信号多分量的信号体制较北斗二号更为复杂,对导航卫星信号质量控制提出了较大挑战。2018年底北斗系统完成了18颗卫星组网,完成北斗三号基本系统建设并开始提供全球服务,有必要对北斗三号在轨卫星空间信号质量进行量化评估。传统空间信号质量评估方法侧重于单项的定性评估,而针对北斗三号复杂的信号体制,缺乏系统的、定量的分析结果。该文对标北斗系统接口控制文件(ICD),从功率特性、频域特性、时域特性、相关域特性和信号一致性等方面研究了不同参数配置对评估结果的影响,形成了一套面向新型调制方式和多频多分量复用信号的量化评估方法。基于40 m大口径天线的空间信号质量评估系统,对18颗MEO卫星进行了长时间监测跟踪和数据采集,首次对北斗三号卫星空间信号质量进行了全面量化评估。结果表明:北斗三号卫星空间信号质量良好,18颗MEO卫星一致性较好,符合ICD指标要求,可满足服务区内用户需求;评估方法可用于对后续导航卫星空间信号质量的量化评估。     

BOC调制打通共用载频的坦途——GNSS导航信号的收发问题之一

在着力培育北斗卫星导航国内民用市场之际．研发高精度、广用途、价格适度的GNSS导航信号接收机已成为当务之急。为此．我们需要深入了解GNSS导航信号所涉及的多学科知识．破解GNSS导航信号接收机研制难题。本讲座拟对此做一些解题探索．而对GNSS导航信号共用载波频率、所用伪随机噪声码特性、GNSS卫星所用的测距码多样性及其跟踪测量．卫星导航电文及其编码纠错法．GNSS导航信号接收天线的适应性,以及GNSS导航信号接收机的研制难点及其对策分别予以较深入的论述。本文主要论述BOC调制的作用与影响。     

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。     

北斗卫星导航系统B1信号伪距偏差问题研究

目前各大卫星导航系统均存在伪距偏差问题,该现象不但不能通过差分的方式进行抵消,在进行双频电离层误差修正时还会被进一步放大,对卫星导航系统服务精度的提高已构成严重危害。然而目前国内对北斗系统伪距偏差产生机理研究甚少,为了最大程度降低伪距偏差对我国北斗卫星导航系统影响,该文首先深入并详细研究了伪距偏差产生机理及特点,在此基础上设计了试验验证方案,利用国内昊平观测站40 m大口径天线,准确测试并评估了所有北斗卫星导航系统(BDS)在轨可视卫星伪距偏差结果。最后根据试验测试结果,提出针对北斗卫星导航系统的接收机主要参数设置建议,从而能够最大程度上减小伪距偏差问题带来的测距误差和定位误差。该文的研究成果可为GNSS信号设计及实现、GNSS监测评估及用户终端参数设置提供有价值的参考依据。     

Influence of nominal distortion of Beidou-3 B1C signal on ranging performance

The B1C signal is selected as a civil navigation signal for the BDS-3 system,which adopts a complex constant envelope modulation in the B1 frequency band.Therefore,it is easy to generate nominal distortion during signal generation.Such nominal distortion of each satellite produces inconsistent ranging deviation and directly degrades the system positioning performance.A complete ranging deviation estimation method was proposed for B1C signals in this paper.Firstly,the S-Curve Bias (SCB) was used to quantitatively analyze the B1C signal ranging deviation,and the standard correlation curve estimation method was proposed to realize the accurate estimation of the code phase deviation at the peak of the correlation curve.Secondly,a algorithm was designed to solve the problem of QMBOC signal mislocking at the platform during receiver tracking.Finally,the actual ranging bias and nature ranging bias of each satellite of Beidou-3 under different correlation intervals and front-end bandwidth of the user receiver were analyzed based on the satellite downlink signals collected from the 40-meter high-gain antenna at the National Time Service Center,and the recommended user receiver parameter range was given.The strategy proposed in this paper can be extended to other MBOC signal ranging error estimation,and the test results can be thought of as a reference to the development of BeiDou-3 receiver.     

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。     

北斗GBAS着陆系统信号覆盖评估方法

提出了北斗地基增强系统(Ground-based Augmentation Systems, GBAS)的着陆系统(GBAS Landing System, GLS)信号覆盖评估方法, 从卫星对地覆盖及甚高频数据广播电台(VHF Data Broadcast, VDB)信号覆盖两方面进行评估.卫星对地覆盖评估中首先利用网格点分析法和视函数法评估卫星对地覆盖重数及4个覆盖性能指标:覆盖百分比、最大覆盖间隙、平均覆盖间隙及时间平均间隙, 然后从用户角度分析卫星覆盖问题(卫星可见性). VDB信号覆盖评估中, 对电磁波传播过程综合考虑了地球曲率及地形影响.另外, 综合考虑目标机场的卫星可见性及VDB信号覆盖范围, 结合美国联邦航空管理局规定的VDB信号最小覆盖空域, 给出了本文评估方法在VDB选址中的应用.仿真结果表明该方法可以合理确定北斗GLS信号的覆盖情况及VDB位置.     

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.     

通用航空GPS/BDS机载设备研究及设计

本文描述了 GPS/BDS 机载设备的总体架构和详细设计方法。基带处理部分,给出了基于 PMF-FFT 的捕获算法。基带处理电路主要完成对射频通道传送过来的中频信号进行采样、 数字滤波、信号处理、功能解算等功能。GPS/BDS 机载设备具备兼容 GPS、BDS 和 GLONASS 卫星导航系统的能力;具备卫星导航系统历书、星历、原始测量数据输出、RAIM 处理、差分处理、多种数据格式输出、BIT 系统自检、工作状态提示等能力。     

BDS/GPS组合导航RAIM可用性分析

采用RINEX数据实验比较了北斗卫星导航系统(BDS)和全球定位系统(GPS)电离层Klobuchar模型在BDS/GPS组合导航中的性能。选择相对较优的电离层模型分析了基于卫星星座类型和卫星类型两种加权情况下,单一北斗、单一GPS与BDS/GPS组合导航系统在非精密进近(NPA)阶段和一类垂直引导进近(APVⅠ)阶段的RAIM可用性。实验表明,在BDS/GPS组合导航中,BDS的Klobuchar模型在中国区域内能修正大量的电离层误差,相比于GPS的Klobuchar电离层模型,电离层延迟修正有0-3.4364 m左右的提高。对于两种加权RAIM算法,在NPA阶段,单一导航RAIM可用性为90%左右,BDS/GPS组合导航的RAIM可用性达到100%。而在APVⅠ阶段,单一导航不具备APVⅠ能力,组合导航APV I阶段RAIM可用性达到100%,具有提供APV I应用的能力。      

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。