BOC体制信号跟踪算法的研究与实现

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随着中国二代导航系统北斗系统的投入建设和发展,以及美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧洲Galileo系统的不断发展,卫星导航系统的信号体制处于转型阶段,为满足系统发展需求,BOC调制方式成为各卫星导航系统的主要调制方式。BOC调制信号与传统PSK信号相比,具有跟踪精度高、抗噪声性能好等一系列优点,但是BOC信号自相关函数具有多相关峰特性,使接收端进行信号的捕获和跟踪处理容易误锁定在副峰。研究性能优良、通用性好的BOC跟踪方法是研制高性能BOC体制接收机的重要理论基础,本论文主要研究BOC调制信号的跟踪同步问题。本文首先从BOC信号的调制方式、自相关函数以及功率谱密度函数等方面研究了BOC调制信号的特性,并与PSK调制信号进行对比,分析BOC信号存在的优点及不足,说明了BOC信号自相关函数的多峰值特性会对信号的跟踪造成一定的模糊性。接着描述了三种解决BOC信号模糊性的传统跟踪方法bpsk-like、自相关副峰消除技术(ASPe CT)、跳峰技术(Bump-Jump),分析了三种跟踪方法的跟踪原理及适用场景,用MATLAB仿真分析了三种跟踪方法的跟踪性能以及存在的局限性。针对传统BOC跟踪方法的不足,在详细分析BOC信号的特性的基础上,改进并实现了适用于BOC信号的三环跟踪方法。在码环跟踪、载波环跟踪的基础上,增加一个子载波跟踪环,三个环路相互独立的运行。在子载波跟踪环中将子载波看成一种特殊的PN码使用码环结构进行跟踪或者将子载波看作是正弦载波信号使用锁相环结构进行跟踪,这样衍生出子载波码环(SDLL)和子载波锁相环(SPLL)两种三环跟踪方法,文中从输出信噪比和跟踪抖动两个方面对比分析了SDLL和SPLL的跟踪性能。论文推导了两种三环跟踪算法的原理并且给出了MATLAB仿真结果,SPLL和SDLL跟踪环路不仅适用于低阶BOC调制,而且也适用于高阶BOC调制信号。最后为验证三环跟踪算法的工程可行性,在FPGA+DSP硬件平台上,利用SPLL跟踪方法实现了对BOC(1,1)信号的跟踪。通过MATLAB仿真和硬件平台的实现充分证明了三环跟踪方法的优越性,跟踪性能好、通用性强、工程可行性好。
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