论文部分内容阅读
随着中国第二代卫星导航系统的建设和发展,以及用户对导航系统需求的不断提升,系统的信号体制处于转型阶段,中国第二代卫星导航系统计划在将来的卫星上发射新体制BOC信号替代当前的PSK信号。 新体制定时接收机是中国第二代卫星导航系统的一个重要组成部分,研究开发新体制信号的定时接收机是系统的一项重要工作,系统需要定时接收机才能完全体现它的意义和价值。定时接收机的性能指标不仅能够反映出卫星导航系统的基本性能,通过对定时精度的反推,还能够得到系统关键部分的性能和技术指标,为进一步提高我国卫星导航系统的整体性能提供了闭环验证的途径。此外,解决新体制定时接收机的关键技术,为导航系统的终端设备研究提供必要的技术储备,为高可靠、高精度的定时接收机产品做样机验证和技术保障,推广定时接收机在各行各业的应用,进而推动卫星导航系统的产业化发展。 高精度的定时接收机需要对影响定时精度的误差源进行研究,消除或者减弱各误差源对定时精度的影响。论文以提高定时精度为目的,重点研究了新体制定时接收机的关键技术,较好地解决了关键问题,研制出了新体制定时接收机的原理样机。论文的主要创新点和研究内容如下: (1)针对BOC信号自相关函数的多峰特性引起的捕获模糊度的问题,提出了基于分形重构的BOC信号捕获算法,解决了BOC信号的捕获问题。受谢尔宾斯基三角形的启发,以逆向分形重构的思路反推谢尔宾斯基三角形,将BOC信号自相关函数的一个主峰和两个次大峰值点映射到部分谢尔宾斯基三角形中,重构出主峰值点的位置,提高了主峰相对于次峰的比值。相对于常规的捕获算法,提出的捕获算法提高了信号的信噪比。 (2)针对BOC信号自相关函数的多峰特性导致跟踪可能锁定次峰的问题,提出了新的BOC信号三环跟踪算法,解决了BOC信号的跟踪问题。由于BOC信号的子载波为方波,因此将子载波看做一种特殊的PN码,利用码跟踪的方法跟踪子载波。相对于常规的三环跟踪算法,提出的三环跟踪算法提高了子载波跟踪环的健壮性和测量精度。 (3)当环路噪声带宽较窄时,本振相位噪声对环路跟踪精度的影响较大,论文研究了振荡器的振动相位噪声和阿伦方差相位噪声对定时接收机跟踪环路的影响。 (4)针对定时接收机的本振引起的定时误差,提出了利用无偏FIR滤波器估计定时接收机的钟差、本振的频偏和频漂,减小了由本振性能引起的定时误差。分别以普通石英晶振、恒温晶振、铷钟和国家授时中心钟房输出的10MHz作为定时接收机的频率源,将无偏FIR滤波器估计的本振频偏与测量的频偏相比较,实验结果验证了通过无偏FIR滤波器估计定时接收机的钟差、本振的频偏和频漂的可行性。 (5)针对电离层延迟变化较快时常规载波相位平滑伪距的算法出现伪距发散的问题,提出了利用电离层模型辅助载波相位平滑伪距的算法,解决了伪距发散的问题。通过具体实验发现常规载波相位平滑伪距的算法在一定条件下容易出现伪距发散的现象,通过分析伪距发散的原因,推导出了电离层模型辅助载波相位平滑伪距的算法;通过实验验证了提出的算法解决伪距发散的可行性,提高了伪距测量精度。 (6)环路噪声带宽不仅决定了热噪声的影响,也决定了环路滤波器对接收机动态的响应,关系到观测量的测量精度和环路的稳定性。通过分析热噪声和动态应力误差推导出了自适应环路噪声带宽算法;利用鉴相器的输出估计接收机的动态特性,并结合环路估计的信号载噪比,自适应地求出最优的带宽,减小了鉴相器的抖动,提高了载波相位和伪距的测量精度,最终提高接收机的定时精度;仿真了自适应带宽算法在二阶环路、三阶环路下的性能,仿真结果验证了算法的有效性。 (7)针对定时接收机输出的1PPS的锯齿误差问题,研究了通过可编程延迟线技术减小1PPS的锯齿误差,通过实验验证了可编程延迟线可明显降低接收机的短期定时抖动。 最后论文给出了RNSS定时接收机通过模拟器测试的结果,测试结果表明定时接收机的性能良好,定时精度优于4ns,达到了预期的指标要求。