基于QBOC码的BOC信号码跟踪环路的性能分析

在Galileo系统建设和GPS现代化的进程中，为实现与BPSK（Bi-phase Shift Keying）的频谱分离，采用了BOC（Binary Offset Carrier）调制。BOC调制在码跟踪精度、多径抑制等方面比BPSK调制具有更好的性能，但其自相关函数的多相关峰特性使得在测距中可能产生偏差，因此，消除相关峰的模糊度是BOC信号接收中非常关键的问题。介绍了一种基于QBOC码的BOC信号码跟踪环路（“BOC十QBOC-BOC”），并推导出该环路码跟踪性能的解析表达式，最后的仿真结果验证了理论推导的正确性，可为BOC信号接收机的设计提供参考。     

AItBOC信号码跟踪性能研究

通过分析A1tBOC（15,10）信号的功率谱密度、自相关函数,得出该信号在码跟踪性能上的理论优势,并根据Betz码跟踪评估理论仿真分析了接收机前端带宽、相关器间隔、环路鉴别器类型、载噪比以及全频带和单边带两种接收方式对该信号码跟踪精度的影响,并且通过与BPSK（10）、BOC（15,10）和单边带AltBoc（15,10）信号对比,得出AltBOC（15,10）信号在码跟踪精度上的优势,为AltBOC接收机设计提供理论依据。     

BOC调制信号抗干扰能力分析

抗干扰能力是卫星导航信号设计的一项重要考核要素。目前典型的方法是采用抗干扰品质因数、伪码跟踪精度下降来衡量。但是该抗干扰品质因数不能反映码速率对抗干扰能力的贡献,而伪码跟踪精度下降则不够简捷。提出了能够反映伪码速率贡献的载波跟踪抗干扰品质因数,以及能够简捷地反映伪码跟踪抗干扰能力的伪码跟踪抗干扰品质因数。采用所提出的两项指标,对二进制偏移副载波BOC(Binary Offset Carrier)调制这一新型卫星导航信号进行了抗干扰能力分析。结果表明,同码率BOC调制信号载波跟踪抗干扰能力比BPSK调制信号强,伪码跟踪抗干扰能力比BPSK调制信号弱。     

正交复用二进制偏移载波双环跟踪技术

针对正交复用二进制偏移载波信号(QMBOC)跟踪时存在的多零点模糊问题,首先比较了模糊消除的常用方法,并对双环跟踪方法进行了理论分析,在此基础上利用二进制偏移载波信号(BOC(1,1))的双环跟踪环路对QMBOC信号进行了跟踪,同时将副载波联合环路纳入双环跟踪方法作研究对比．仿真结果表明,在载噪比高于24 dB·Hz的环境下,BOC(1,1)的双环跟踪误差趋近于0,小于联合跟踪方法下的跟踪误差,实现了良好的处理效果．      

高阶BOC调制信号无模糊跟踪技术性能比较

BOC调制方式提升了导航信号的性能和频谱资源利用率,但是自相关函数的多峰特性使信号接收面临新的问题。本文研究高阶BOC调制方式及其无模糊跟踪技术,主要分析了Bump-Jump算法、BPSK-like算法、SCPC算法和双环路算法,比较不同跟踪技术的硬件复杂度、计算复杂度、跟踪精度和跟踪稳定性,结果可为接收机设计提供参考。     

CCRW技术在MBOC调制信号下多径抑制性能

由于频谱与二相移键控（BPSK）信号有较好的分离度且具有良好的跟踪性能,多元二进制偏置载波（MBOC）调制为GPS现代化和Galileo系统所采用,其多径抑制技术也成为研究热点。选取了四种典型的码相关参考波形（CCRW）技术,研究了其应用于MBOC信号时的多径抑制性能,并与BPSK和BOC（1,1）调制下的多径抑制性能进行了比较。通过仿真可知,在同等条件下,W2、W3、w4CCRW技术在时系多元二进制偏置载波（TMBOC）调制下多径抑制性能最差,在二进制偏置载波（CBOC）调制下性能最优,但三种方法均优于W1CCRW．     

一种新的BOC调制无模糊跟踪鉴别器设计

建立了导航接收机码跟踪延迟锁定环的数学模型,讨论了DP和EMLP鉴别器在不同信号、不同前端滤波器带宽的鉴别曲线特性,阐述了BOC调制模糊跟踪产生的原因。针对BOC调制信号的模糊跟踪问题,从BOC调制的机理出发,将BOC调制分成伪码和副栽波两部分分析,阐述了一种新的鉴别器设计。实验表明：新鉴别器设计,鉴别曲线线性跟踪区域斜率最高为9,可实现BOC调制的无模糊跟踪。     

双估计跟踪偏差的理论分析

BOC信号已被广泛选用于下一代卫星导航系统中,各种无模糊的码跟踪算法相继被提出。其中双估计算法由于其较好的码跟踪性能和健壮性很有可能成为BOC信号接收算法的标准。但该算法基于二维相关函数,难以对实际信道下的跟踪偏差进行理论分析。基于BOC信号的双边带信号模型首次分析了双估计算法的码跟踪偏差。理论分析证明,电离层的色散效应和通道非理想特性会导致较大的测距偏差。仿真结果验证了分析的正确性。该结论对BOC信号跟踪算法的研究具有参考价值。     

GNSS信号多径误差非包络评估方法

针对全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)信号体制评估过程中,多径误差包络评估方法给出了多径误差的上界,并没有反映反射信号载波和子载波相位引入的码跟踪误差问题,提出了一种码跟踪多径误差非包络评估方法。该方法将反射信号的码相位延时映射到载波和子载波相位延时,为码跟踪多径误差提供了准确的理论值,而且避免了多径误差包络方法求包络曲线的过程。给出了该方法的理论表达式,对BPSK、AltBOC、MBOC和BOC信号进行了多径性能仿真,并与多径误差包络评估方法进行了对比。理论和仿真结果表明,本文方法能准确的估计码跟踪多径误差,为GNSS信号多径误差测量值提供有效的理论指导。     

FPLL载波跟踪环仿真及高动态GPS信号测试

针对高动态环境下普通GPS接收机跟踪环路容易失锁的问题,考虑到锁频环动态性能好、锁相环跟踪精度高的特点,实现了二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环(FPLL)。根据FPLL结构原理和误差分析理论,提出了一种FPLL环路的码相位和载波相位精度分析方法。借助GPS软件接收机平台,在Matlab环境下仿真实现了FPLL载波跟踪环,并利用Spirent GSS7700仿真器采集高动态GPS模拟信号对FPLL环路进行了测试。测试结果和精度分析表明,在导航信号的载噪比为40dB-Hz,加速度为26g,加加速度为9g/s的条件下,该高动态跟踪环路能够达到码相位1.31m(1σ),载波相位为4.24×10-3 m/s(1σ)的跟踪精度。     

GNSS信号数字畸变频域模型的建立

从BPSK、BOCs（1,1）以及BOCs（m,n）信号的自相关函数和数字畸变互相关函数出发,推导出BPSK、BOCs（1,1）以及BOCs（m,n）信号数字畸变的互相关功率谱,建立了数字畸变频域模型,通过比较传统数字畸变模型和数字畸变频域模型的测距偏差,证明在分析畸变信号影响时,数字畸变频域模型可以代替传统数字畸变时域模型,从而简化了数字畸变信号影响的分析过程。     

预相关带宽和相关器间隔对导航信号多径性能的影响分析

采用窄相关技术和双△相关技术,对BPSK（1）信号和BOC（1,1）信号在不同预相关带宽和不同相关器间隔时的平均加权多径误差包络进行了仿真,提取了多径误差典型值。结果表明,随着相关器间隔的减小,多径误差逐渐减小,但当相关器间隔为0.1个码片时,多径误差的减小已不明显;多径误差并不是随着预相关带宽的增大一直减小,而是有一...     

Analysis of Galileo E5 and E5ab code tracking

The world of global navigation satellite systems has been enhanced with several new or improved signals in space aiming to optimize accuracy, reliability, navigation solution, and interoperability between different constellations. However, such developments bring various challenges to the receivers’ designers. For example, acquisition and tracking stages turn into more complex processes while handling the increasing bandwidth requires additional processing power. In this context, we study the code tracking of Galileo E5ab in a full band or of only one of its components, i.e., either E5a or E5b. More specifically, an architecture for tracking the E5 pilot channel as an AltBOC(15,10) or BPSK(10) modulation is introduced, and the performance of well-known discriminator types is analyzed using analytical derivations and simulations of linearity and stability regions, thermal noise tracking errors, multipath error envelopes and tracking thresholds. Different parameters, such as the front-end filter bandwidth, the early/late chip spacing, un-normalized and normalized discriminators, are taken into consideration. The results obtained are used to illustrate the main advantages and drawbacks of tracking the E5 signal as well as to help defining the main tracking loop parameters for an enhanced performance.     

Weighted discriminators for GNSS BOC signal tracking

Modern Global Navigation Satellite System including Galileo and GPS III will employ multiplexed binary offset carrier (MBOC) modulation to achieve spectrum separation and enhanced tracking performance. A challenge of the MBOC or BOC signal tracking is the presence of ambiguities due to multiple sidepeaks of the autocorrelation functions. Several different techniques including multi-correlator and double estimator schemes have been proposed to address the ambiguity issue. We propose a class of ambiguity-free code tracking techniques by exploiting the unique features of the BOC modulation. In the proposed architecture, the incoming BOC-modulated signals are correlated with BOC-modulated replica and the spreading codes, respectively. Through a multiplicative combination strategy of the two correlator outputs, a noncoherent weighted discriminator is formed and shown to possess the ambiguity-free property. The multipath effect is assessed and compared with existing early-minus-late power and autocorrelation sidepeak cancellation technique discriminators. The noise effects of the theory and simulation are also discussed. In order to further verify the proposed scheme, a set of field data of a Galileo in-orbit validation satellite is collected and processed. It is demonstrated that the proposed method is simple to implement, free from ambiguities, and yields acceptable performance in the presence of multipath and noise.     

GPS L1C信号多径抑制性能分析

MBOC（multiplexed binary offset carrier）是GPS—GALILEO互用和兼容性工作组推荐的信号调制体制，其实现方式分为TMBOC和CBOC两种，其中TMBOC（6，1，4／33）已被GPSL1C信号所采用。多径是众多卫星导航系统应用的主要误差源之一，由于不具备时间和空间的相关性，无法通过差分技术消除。本文基于窄相关技术和Double—Delta技术对TMBOC（6，1，4／33）的抗多径性能进行了分析，并与BPSK（1）及BOC（1，1）进行了对比。在同等条件下，TMBOC（6，1，4／33）的抗多径性能优于或等同于BPSK（1）及BOC（1，1）。