卫星导航信号扩频码设计与性能评估

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课题来源于卫星导航领域前瞻性预研课题“卫星导航系统抗干扰研究”,为了提高卫星导航系统抗干扰抗毁能力,课题采用系统换星、换码、换频的设计策略。换码方案要求设计40-60个码簇,每个码簇包含多个扩频码,在系统受到干扰时扩频码从一个码簇切换到另一个码簇,这对扩频码的性能以及数量提出了很高的要求。同时,随着卫星导航技术的迅猛发展,各国竞相发展自主的卫星导航系统,空间卫星数量急剧增加,这对用于区分不同卫星、影响测距精度的扩频码数量和相关性能也提出了更为严苛的要求。本文以优选出码数量多,综合性能优异的扩频码为研究目标,分别从卫星导航信号扩频码的设计、优选及性能评估三方面展开研究,主要研究内容包括:1. 对现有扩频码设计方法进行了深入的研究与分析,结果表明Kasami码生成复杂度低,互相关性能优异,是一种适合推广应用的扩频码生成方法,但目前使用的Kasami扩频码生成方式产生的码数量少,不能满足“卫星导航系统抗干扰研究”课题的应用需求。设计了一种基于Kasami码的新型扩频码,给出了新型扩频码设计流程,并与传统Kasami码进行对比分析,结果表明:新型扩频码的相关性能与传统Kasami码相当,码族数量比Kasami码提升了近3/2+1/2倍(N为扩频码的长度)。2. 在基于“累积概率概率”的扩频码优选方法中引入无向图模型,使互相关优选计算复杂度从O(2)降到了O(M)。对改进的扩频码优选方法和三种传统优选方法进行了仿真分析,结果表明:本文改进的扩频码优选方法选出的扩频码的相关性能优于其他三种方法。3. 基于扩频码平衡性对导航信号收发性能的重要影响,在传统基于Welch界的综合评价函数中加入了平衡度E,形成了一种指标新的、更全面的综合评价函数。4. 总结形成了一套涵盖平衡性、相关性、捕获性能、跟踪性能、抗干扰性能、兼容性以及综合性能评价函数的卫星导航信号扩频码全性能评价体系。应用该评价体系对本文设计的扩频码进行了分析评估,结果表明:采用本文提出的改进优选方法优选出的新型扩频码,在捕获、跟踪和抗干扰方面与现有导航系统采用的扩频码性能相当;具有较好的平衡性、相关性以及兼容性。文章优选出的扩频码可满足“卫星导航系统抗干扰研究”课题对扩频码互相关性能要求高,码数量多的应用需求;研究的扩频码生成、优选、评估方法,可为已有卫星导航系统在扩展、增强时高性能扩频码的优选提供参考方法和依据,为新建导航系统扩频码的设计提供生成、优选及性能评估整套的方法支撑;为导航系统扩频码设计者提供理论方法和设计参考。
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