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.     

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。     

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。     

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.     

卫星导航信号异常对信噪比的影响

研究了卫星导航信号异常对导航接收机信噪比的影响。根据卫星导航异常信号3个2OS(Second-Order Step)模型,即TMA(ThreatModelA)、TMB(Threat Model B)和TMC(Threat Model C),分析了其相关峰特性,然后推导得到了3个模型下异常导航信号信噪比与正常信号信噪比之差,并在模型参数取值范围内进行了数值分析。结果表明,TMA模型信号异常会造成信噪比损失,而TMB和TMC模型信号异常在某些情况下则对信噪比有增强作用,因此信噪比不能作为2OS模型卫星导航信号异常的监测手段。     

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.     

A novel interference suppression scheme for global navigation satellite systems using antenna array

This paper considers interference suppression and multipath mitigation in Global Navigation Satellite Systems (GNSSs). In particular, a self-coherence anti-jamming scheme is introduced which relies on the unique structure of the coarse/acquisition (C/A) code of the satellite signals. Because of the repetition of the C/A-code within each navigation symbol, the satellite signals exhibit strong self-coherence between chip-rate samples separated by integer multiples of the spreading gain. The proposed scheme utilizes this inherent self-coherence property to excise interferers that have different temporal structures from that of the satellite signals. Using a multiantenna navigation receiver, the proposed approach obtains the optimal set of beamforming coefficients by maximizing the cross correlation between the output signal and a reference signal, which is generated from the received data. It is demonstrated that the proposed scheme can provide high gains toward all satellites in the field of view, while suppressing strong interferers. By imposing constraints on the beamformer, the proposed method is also capable of mitigating multipath that enters the receiver from or near the horizon. No knowledge of either the transmitted navigation symbols or the satellite positions is required.     

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。     

利用信号重构的全球导航卫星系统欺骗干扰抑制方法

欺骗式干扰通过发射与真实卫星信号相似的信号误导接收机产生错误的定位结果，具有极大的危害。该文针对转发式欺骗干扰，提出一种基于信号重构的单天线欺骗干扰抑制方法。该方法首先通过参数估计方法估计出欺骗信号载波频率和码相位，然后构建欺骗信号子空间正交投影矩阵以抑制干扰。仿真实验结果表明该方法对欺骗干扰具有良好的抑制效果，能够保障接收机在干扰环境中实现有效定位，并具有较低的运算复杂度。     

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。     

WiMAX OFDMA初始测距中的多用户频偏估计

测距过程是移动WiMAX标准中的重要过程,用于解决远近效应及同步问题。该文针对WiMAX OFDMA上行链路的初始测距,提出了两种适用于多用户的载波频偏估计方法。方法1采用参考测距信号与接收信号的时域相关提取期望测距信号,并利用相关结果的相位估计测距用户的频偏;方法2采用参考测距信号与接收到的两个相邻OFDM符号的频域相关提取期望测距信号,并利用两次结果的相位差估计测距用户的频偏。仿真实验证明基于频域相关的方法更适合于在一个测距时隙内存在多个测距用户的情况,并且不易受定时偏差估计误差的影响。     

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.     

一种基于微波暗室的大角域卫星导航接收机测试场景构建方法

提出了一种基于微波暗室的大角域测试场景构建方法,该方法利用已有42射频面阵,采用多状态联合校准方法对面阵天线单元到接收机的信号幅度和相位进行校准,以及采用灰色关联分析方法将外界环境下的卫星星座、动态干扰在微波暗室内实现逼真映射,构造最大视场角为160的半实物抗干扰测试场景。仿真测试结果表明:暗室天线单元与实际场景下的卫星星座在角域关系下最大误差在高增益3 dB 波束宽度内,暗室模拟的动态干扰与实际环境下到达接收机的功率基本一致;最后实现了对多波束抗干扰接收机的测试,并通过干信比与有效载噪比的关系曲线说明了该方法能够在室内实现导航接收机测试环境的逼近模拟,并准确地测试出多波束接收机的抗干扰性能。     

地形地物对星载激光测高仪回波信号的影响

地形地物的回波信号特性影响着星载激光测高仪测量精度。对星载激光测高仪回波脉冲信号进行了理论分析,建立了地形地物数学物理模型,对不同地形地物的回波信号进行了数值模拟研究;在采用不同回波信号检测的情况下,分析了不同地形地物造成回波信号的变化所引起的测量误差。研究结果对保证星载激光测高仪测量精度具有重要的意义。     

低轨卫星宽带OFDM通信相位噪声群时延的联合估计

针对低轨卫星宽带正交频分复用通信系统中相位噪声和群时延影响相互耦合而恶化接收机性能的问题,提出了一种相位噪声群时延联合估计算法.通过理论分析相位噪声群时延耦合下接收信号特征,利用非线性群时延泰勒级数模型与相噪连续特性,基于导频和二维估计内插实现了接收信号公共相位误差的联合估计.仿真结果表明,该算法能够有效估计系统相位噪声与群时延引入的相位失真,与传统独立估计和分离估计方法相比性能均有较大提升.     

低信噪比下一种改进的谱相关频谱检测

针对现有基于谱相关频谱检测算法中周期图法谱估计精确度较低的缺点,提出了一种用主用户发送信号与认知用户接收信号的最小方差无失真响应(MVDR)谱的谱相关量作为检测统计量进行频谱检测的改进方法.由于MVDR谱估计算法比周期图法具有更高的分辨率,因此所提频谱检测算法比现有算法具有更好的检测效果.模拟了两种电视信号作为主用户发送信号,仿真结果表明:对于两种电视信号,所提算法的检测性能都优于现有算法,同时通过分析算法的复杂度,证明所提算法能够满足IEEE802.22标准对于检测时间的要求.     

在多模卫星导航接收机中集成IRNSS

IRNSS(Indian Regional Navigation Satellite System)是印度独立开发的区域卫星导航系统， 由 3 颗 GEO(Geostationary Orbit)卫星和 4 颗 IGSO(Inclined Geo-synchronous Orbit)构成，目前已经发射 3 颗卫星，整个系统预计于 2015 年建成。IRNSS 建成之后将对南纬 30°至北纬 50°、东经 30°至东经 130°的区域提供准确的定位服务，集成 IRNSS 的多模卫星导航接收机将对上述区域的用户带来更好的服务。本文描述了 IRNSS 卫星星座、信号特点、调制方式，分析了 IRNSS 的 SPS 信号与其他卫星导航系统信号的差别，给出了在多模导航接收机芯片上集成 IRNSS 的方式。     

GPS-BASED LEO SATELLITE POSITION AND ATTITUDE DETERMINATION AUGMENTED BY PSEUDOLITES ON EARTH

GPS-based navigation and attitude determination of LEO satellites is presently considered as an alternative to the conventional systems which utilize earth sensors and magnetometers. The onboard GPS receiver determines the orbit position of the LEO satellite by the conventional system of linearized navigation equations, requiring the simultaneous reception of ranging signals from four GPS satellites by a single antenna. For attitude determination, pairs of antennae, suitably mounted on the satellite and feeding a common receiver, form several interferometric baselines. The baselines vectors, defined in a given coordinate system, determine the attitude of the satellite. For each baseline and each GPS satellite, the difference in phase of the received signal carriers is measured. The differencing operation eliminates the receiver clock bias. Solutions for the baseline vectors can be obtained with signals received from only three GPS satellites. If the coverage of a receive antenna is restricted to less than the hemisphere it will not have four GPS satellites in view all the time. It is demonstrated that a GPS pseudolite transmitter located on earth supplements the system, which then provides a usable geometric dilution of precision (GDOP) for position determination and an improved position dilution of precision (PDOP) for attitude determination. Pseudolites can be co-located with the gateways which provide access to the public switched telephone networks (PSTNs) for the LEO communication satellites.     

基于人工神经网络的GPS卫星信号模拟器信号估计方法

多通道全球定位系统(GPS)卫星信号模拟器用来为GPS接收机和导航系统提供逼真的测试信号。该文从模拟器设计的角度对到达GPS接收机天线的卫星信号进行了分析,着重讨论了因众多误差因素影响而不易直接利用经验模型确定的几个波形参量的估计问题。基于人工神经网络(ANN)理论,提出一种利用ANN来模拟信号传播延迟、载波相位、信号功率等参量的方法。给出了基于ANN的模拟器闭环测试系统的结构。并对所设计的ANN进行了训练和验证,仿真实验结果表明,所设计的ANN能够在统计意义上逼真地模拟样本数据,从而使基于ANN的模拟器信号状态参量计算能够满足设计要求,可以直接应用于多通道GPS信号模拟器的研制。     

北斗一号用户机抗干扰能力分析

通过建立北斗一号用户机接收信号模型,分析了北斗一号用户机在多种典型干扰样式下的抗干扰性能。由于干扰信号与伪随机码不相关,在北斗一号用户机接收端被扩展,通过信号通频带内的干扰信号功率大大降低,提高了相关器的输出信噪比,达到了抗干扰的目的。