北斗系统导航信号标称失真研究

北斗卫星导航系统（BDS）信号均存在细微的标称失真,传统的研究聚焦于单星信号失真,无法从系统上定量测量各信号由于标称失真带来的测距偏差.该文以大口径天线接收系统采集数据结合软件接收机,从时域波形、通道特性和测距偏差上分析北斗系统B1I信号标称失真.首先利用码相位累加平均方法和标准码片相关技术提取信号时域失真细节,并计算各卫星数字失真量.其次,运用最小二乘法估计信号通道特性,对比分析所有卫星信号通道特性;最后以S曲线过零点偏差（S-Curve Bias,SCB）定量分析B1I信号自然测距偏差及最大测距偏差.文章从多维度定量对比研究了北斗系统B1I信号标称失真,给卫星导航空间信号质量评估和接收机设计提供了新的思路.     

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。     

测距码是卫星导航的顶梁柱——GNSS导航信号的收发问题之三

在GNSS导航信号的应用中．伪随机噪声码．担负着承载卫星导航电文和测量站星距离等作用。GPS／GLONASS／Galileo／北斗卫星都采用伪随机噪声码做测距信号,人们习惯将它们所用的伪随机噪声码称为测距码。本文以GPS卫星所用的测距码为例,论述了它们的生成及其有关问题,进而给出了用我们自行研制的软硬件生成的32颗GPS卫星C／A码起始25码元列表和一个1023个码元的c／A码实例．供读者做相关研究参考,也为较深入了解北斗卫星导航信号提供参考。     

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.     

导航卫星发射端多径的高精度测量技术

针对国内外学者关于星体是导致“北斗”卫星码载波偏差随观测仰角存在相关性的主要原因的怀疑,提出了一种导航卫星发射端星体多径的高精度测试方法。利用连续频率调制信号的时域合成,获得窄时域脉冲,通过时域窗函数截取多径信号,从而获得多径的高精度延时和幅度。理论分析和试验验证表明：所提方法简单有效,获得了较高的时域分辨性能和测量精度,由此得出了导航卫星星体多径不是产生码载波偏差主要原因的结论。     

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。

     

弱信号下“北斗”接收机NH码的快速捕获

在全球卫星导航系统(GNSS)中,延长相关累积时间可以有效提高弱信号捕获灵敏度,但是"北斗"中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道(MEO/IGSO)卫星信号的捕获性能很大程度上受到二次编码(NH)码的影响:调制NH码的信号在每一个码元周期(1 ms)内都有可能发生跳变,对相关累积时间造成一定影响,从而会导致系统捕获灵敏度的下降.为此,提出了一种针对NH码的码元遍历搜索算法,通过遍历累积时间内NH码的所有组合,消除NH码码元引起的误差.实验结果显示,所提算法可以在一定程度上提高卫星信号的捕获成功率,尤其可以至少提高2 dB弱信号的捕获灵敏度.同时,算法可以为信号跟踪提供更加准确的载波频率.     

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。     

伪随机二相码连续波信号参数估计算法

提出了一种伪随机二相码连续波信号参数估计算法。利用倍频法估计出载频和初相,由估计的载频和初相构造相关接收机,根据相关接收机的输出估计码元宽度、码元个数和码序列。     

DS-UWB信号的谱相关分析及码片宽度估计

给出了直扩超宽带(DS-UWB)信号模型,详细分析了DS-UWB信号的循环平稳性和利用谱冗余估计码片宽度的方法。最后,严格推导出了DS-UWB信号的循环谱密度函数。仿真实验显示:DS-UWB信号具有循环平稳性,由于它的单脉冲时域波形不同,它的循环谱密度函数和传统的脉幅调制PAM信号有很大的不同;在较低信噪比时,码片宽度能够完全准确地估计出来。     

透地无线通信的弱信号捕获算法

基于电流场传播的无线透地通信系统,提高接收机灵敏度的关键之一是在尽可能低的信噪比下实现信号的可靠捕获。本文对传统滑动相关捕获算法进行了改进,提出了一种信号捕获新算法。系统采用高增益直接序列扩频及超宽带脉冲基带调制方式,每个码片都调制为一个近似于高斯微分脉冲的正负双峰波形。接收信号以每个码片16个样点的速率采样量化,时分分接为16路信号,各路都用相同的PN码相关器进行滑动相关解扩,每一时刻取其中某两路信号相关量之差作为判决量。理论分析和仿真结果都显示,和传统的滑动相关捕获算法相比,新方法实现可靠捕获所需信噪比可降低7.2dB。      

高灵敏度GPS导航算法分析

为了实现在室内和城市等低信噪比环境下的全球定位系统(GPS)导航,介绍了导航终端捕获卫星信号的基本原理。分析了相干积分算法、非相干积分算法、差分相关算法和圆周相关算法4种主要的卫星捕获算法,在此基础上提出了相干积分算法结合差分相关算法的高灵敏度GPS导航芯片设计方案。通过仿真分析,该芯片能够在15 dBHz的低载噪比环境下实现对卫星信号的正常捕获。     

电离层色散效应对宽带BOC信号的影响

电离层色散特性导致宽带二进制偏移载波(Binary Offset Carrier,BOC)信号的码片时域波形和相关函数曲线产生畸变,影响BOC信号完好性和跟踪性能。为了评估电离层对BOC信号传输的影响,构建了宽带BOC信号的电离层影响分析框架,分析了电离层色散效应对码片时域波形和相关特性的影响,并评估了三类典型BOC信号的带内电离层色散效应在码跟踪环路和载波跟踪环路引入的偏差。研究结果表明,电离层色散效应会导致宽带BOC信号时域码片实部和虚部边缘产生抖动现象,色散信号与标准信号间的互相关函数会产生明显的相关损耗;在电离层活跃期间,电离层色散效应在码跟踪与载波相位跟踪中均引入明显的鉴别误差。该结果对BOC信号的电离层误差的评估与校正有一定的参考意义。     

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。     

一种新型的多址导航信号体制研究

本文从导航信号设计的决定性因素出发,论述了导航信号设计采用不同多址技术的优缺点。通过Locata新体制信号的组成及特征分析,说明Locata信号与GPS卫星导航信号的区别;并从新体制信号的相关性和互相关性研究出发,通过试验仿真分析了新体制信号与GPSC/A码信号的兼容性,最后给出新体制信号与GPSC/A码信号兼容接收应注意的问题。     

卫星导航信号跟踪、同步算法的FPGA实现研究

本文详细描述了使用 FPGA 架构实现卫星导航信号跟踪、同步算法。可满足北斗 B1I、GPS L1 双频点 24 个通道正常工作。与以往使用 FPGA 结合 DSP 的架构相比,提高了跟踪环路的处理速度,并且利用 FPGA 内部并行处理的优势,提高了多通道的同步速度,可更快完成至少 4 颗星的同步。单 FPGA 架构实现后可为未来基带芯片化提供了技术积累。     

基于不同导航信号的BISAR系统分辨性能分析

基于GNSS信号的双基合成孔径雷达(BISAR)成像系统具有多种突出的优势,已获得越来越多的关注。文中在广义模糊函数的基础上,针对导航卫星信号的伪随机码的特点,引入平均模糊函数的概念,以消除码元序列的伪随机性对系统模糊函数的影响。构建了适用于分析不同码元序列的平均广义模糊函数,对基于不同导航信号的BISAR系统的分辨性能进行了分析比较,并通过仿真进行验证。研究结果表明,导航卫星轨道对BISAR系统的分辨性能有较大影响,BDS导航信号拥有良好的分辨能力。     

Application of guided-wave optics in signal processing and sensing

Research in the use of guided-wave optics for signal processing and sensing is reviewed, and advantages and limitations of the technology are discussed. The signal processors employ electrooptic, acoustooptic, and fiber-optic components to perform such functions as spectral analysis of radio-frequency signals, correlation and matched filtering, code and waveform synthesis, signal delay and storage, and analog-to-digital and digital-to-analog conversion. In most cases, the guided-wave approach is distinguished by the ability to perform a particular function at very high analog bandwidths or digital data rates. The second part of the review is concerned with sensor applications for guided-wave elements fabricated on planar substrates ("integrated optics"). Waveguides on an integrated optics chip have been used for sensing temperature, humidity, electric field, wavefront angle, and optical disc reflectivity. Also described are integrated optic phase and frequency shifters developed for use in fiber-optic sensors. In concluding remarks, an effort is made to provide some perspective on competing technologies and to indicate some areas where future research might prove fruitful.