直接测距伪卫星应用中远近效应及其抑制技术研究

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随着人类对全时空、全天候、高精度导航的需求,各类地基增强导航系统应运而生。其中,直接测距伪卫星在地基增强导航系统中发挥了重要作用,它能够满足GNSS(Global Navigation Satellite System)信号受限区域的定位导航需求。然而,远近效应是直接测距伪卫星在GNSS受限场景中满足高精度定位需求的第一道难关。本文针对直接测距伪卫星在高精度应用中的远近效应及其抑制技术,主要从以下几个方面展开工作:(1)首先明确了远近效应对接收机捕获和跟踪性能的影响。建立了BPSK信号体制下存在远近效应时接收机信号模型,从理论上分析了远近效应出现的根本原因;分析了远近效应对于接收机跟踪环路性能的影响,推导了接收机载波跟踪环路在远近效应影响下的跟踪精度表达式,并根据等效载噪比对其进行化简得到工程中应用更为方便的载波跟踪精度表达式,通过仿真验证了推导结果的有效性;(2)针对直接测距伪卫星高精度定位需求,分析了一种载波连续的信号发射层远近效应抑制技术——双重发射技术在实际应用中的性能,给出了双重发射技术信号模型以及抑制强信号的机理,通过理论推导和仿真分析了导航卫星与伪卫星二者相对于用户接收机的多普勒频差会对双重发射技术抑制远近效应的性能造成影响:在特定的多普勒频差时会导致不能正常捕获GNSS信号,较难应用于二者多普勒频差不一致的场景;(3)针对当前应用最广泛的信号发射层远近效应抑制技术——脉冲发射技术在实际应用中影响载波跟踪精度因素理论分析不足的问题,根据实际接收机通道建立了理论上的等效通道模型,并给出了脉冲信号通过非理想等效通道模型的信号表达式,推导了两种接收方法的载波跟踪精度理论表达式,仿真结果与理论推导结果基本吻合,然后为接收机设计提出了建议:脉冲信号载波跟踪精度对于接收机带宽不敏感,无需为了接收脉冲信号重新设计带宽;载波跟踪精度受脉冲占空比d_f以及相频响应非理想通道的影响较大,当固定脉冲信号载噪比时,普通接收机以1/d_f~2为系数、抑制噪声接收机以1/d_f为系数影响载波跟踪精度,需要在实际应用中选择合适的占空比和脉冲信号发射功率,以及避免选择具有特定二次群时延波动幅度的器件。
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