复杂环境下卫星导航信号接收关键技术研究

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随着卫星导航系统的应用日益广泛,用户对测量精度的要求越来越高。在许多复杂环境中,多径误差和通道非理想特性造成的误差已成为导航系统的主要测量误差源。论文以提升复杂环境下的多径误差抑制性能和通道误差抑制性能为目标,研究了具有相邻载频的两个信号的联合接收技术和多子带信号处理技术。现将主要工作和创新成果总结如下:1)针对单信号多径抑制性能受限于信号体制的问题,结合北斗系统B1C和B1I的信号特点,研究了非对称双边带信号联合跟踪技术。全面分析了非对称双边带信号模型。分析结果表明,相对于传统的基带联合跟踪,非对称双边带信号的理论测距精度和多径抑制性能均有显著提升。以B1I和B1C组成的非对称双边带信号为例,相比传统的基带组合,其理论测距精度提升约12 d B,多径误差包络面积降低约72%。提出了基于上下边带鉴相器组合的跟踪方法。利用上下边带的相干性,构造副载波跟踪环。通过跟踪副载波,提升了跟踪精度和多径抑制性能。最后,通过优化环路结构,提升了B1双边带信号对长多径的抑制能力。2)针对非对称双边带信号中一个边带为导频通道的情况,提出了基于载波相位差分的双频数据/导频联合跟踪方法。该方法首先对导频通道的载波进行跟踪,通过长时间积分提高载波跟踪灵敏度,然后利用两个信号的载波相位的相干性,构造副载波跟踪环。与基于上下边带鉴相器组合的跟踪技术相比,当导频通道积分时间大于数据通道时,该方法可以获得更优的副载波跟踪性能,同时,该方法的多径误差包络面积降低约25.53%。3)针对高阶双边带信号的带宽很大,基带采样频率高,进而导致基带处理复杂和功耗大的问题,利用双通带带通采样技术对高阶双边带信号进行采样,在采样的同时,完成下变频和频谱变换。采样过程完整保留了信号的多普勒信息,因此通过跟踪副载波多普勒,仍能保持较高的跟踪精度和多径抑制性能。分析了采样参数的选取方法,仿真了不同采样率下的接收性能。结果表明,对于B1I和B1C组成的非对称双边带信号,带通采样造成的信噪比损耗低于0.5 d B,但计算量最多可降低约87%。4)针对高阶BOC信号相关函数存在多个零点导致捕获计算复杂度高的问题,利用带通采样的频谱变换特性,不仅显著降低了信号的采样率,还可以减少或消除BOC信号自相关函数中的零点,大幅降低捕获计算量。针对副载波多普勒造成的捕获性能下降的问题,提出了基于副载波多普勒补偿的高阶BOC信号捕获方法,用以消除副载波多普勒对捕获的影响。与双边带法相比,本章的方法可以降低1/2资源,同时检测性能提高约0.5 d B。5)针对通道非理想特性使宽带信号严重失真,进而造成较大跟踪偏差的问题,提出了多子带信号处理技术。将信号频带分为多个较窄的子带,单个子带的通道可以近似为理想的。提出了基于子带观测量的联合接收技术和基于子带环路信息融合的联合接收技术。通过联合跟踪各个子带,有效抑制了通道非理想特性的影响;通过调整跟踪参数,可以使精度优于传统的宽带BPSK信号。
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