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。     

BOC信号改进码相位捕获算法研究

BOC(binary offset carrier)信号自相关函数存在多值性,BOC信号的捕获不能简单地移植GPS信号捕获算法。在分析经典并行码相位算法和BOC信号互相关特性基础上,仿真分析了并行码相位搜索算法对BOC信号进行捕获的有效性,并针对经典算法在低信噪比条件下捕获信号存在的不足,对经典算法进行了改进设计,并利用改进算法对多种BOC信号进行了仿真分析。结果表明,本文提出的改进捕获算法适用于BOC(pn,n)信号(p为整数),扩展了经典算法的适用范围,且与经典算法相比,改进捕获算法对所给定BOC信号能够改善捕获信噪比10dB,可显著提高接收机捕获灵敏度,对接收机BOC信号捕获算法设计具有重要意义。     

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。     

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和BPSK信号的码跟踪性能比较

在导航接收机的伪距测量中,码跟踪精度起着重要作用,而码跟踪环路的性能由码鉴相器的鉴相曲线决定。本文首先介绍了BOC(1,1)信号的功率谱特性和自相关特性,然后通过仿真分析BOC(1,1)和BPSK(1)两种信号的非相干延迟锁定环的鉴相器输出和环路跟踪误差,得出两种信号在码跟踪性能上的差异。通过比较发现,BOC信号较BPSK信号在跟踪的鲁棒性和精度等方面具有显著优势。     

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。     

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。     

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。     

GPS码跟踪环自适应多径消除算法

根据多径信号的产生机理,在对GPS接收机中的码跟踪环多径信号模型研究的基础上,提出了采用自适应滤波的来消除GPS多径效应的算法。自适应滤波的方法不需要估计模型的系统参数,而直接通过自适应滤波将多径信号滤除。在有噪声的情况下,自适应滤波的RLS算法是最小二乘意义下的最优估计,仿真的结果表明采用自适应滤波算法可以快速的消除多径的影响,修正鉴相函数的过零点偏差,提高码跟踪环的跟踪精度。由于自适应滤波算法是递推算法,易于软、硬件实现。     

一种改进扩展卡尔曼滤波算法的GPS多径抑制应用

在用EKF算法消除微弱GPS卫星信号中的噪声,并估计出多径幅度与码相位时延的码跟踪环中,由于各种误差的存在,从而降低了环路的跟踪性能。针对这一问题,该文在EKF算法的基础上提出了一种LSEKF算法,该LSEKF算法用最小二乘估计的原理对EKF算法所用的采样观测点进行修正,构造出一组无偏、均方误差和最小与空间分布确定的新型采样观测点,用来进行后续的滤波估计。仿真结果表明,相比EKF算法,LSEKF算法拥有更高的伪码跟踪精度,而且收敛速度更快,跟踪门限也更低。     

频谱分离对功率增强条件下GPS信号干扰影响分析

分析了BOC调制频谱分离对GNSS信号互干扰大小的影响。将基于载波跟踪谱分离系数和基于伪码跟踪谱分离系数等效载噪比下降的计算方法,用于分析频谱分离对功率增强条件下GPS军用信号自干扰强度、GPS军用信号对民用信号干扰强度的影响。结果表明,频谱分离对功率增强条件下军用信号自干扰大小的影响较小,但会较大幅度降低军用信号对民用信号的干扰,从而从根本上解决功率增强条件下军用信号对民用信号的干扰问题。     

GNSS导航信号的开环补偿多径抑制方法

多径的存在会给全球导航卫星系统的接收机带来较大的定位误差。因此,高精度的接收机须对多径信号进行抑制。针对目前常用的多径抑制方法的优缺点,提出了一种基于多门延迟和曲线拟合的多径抑制方法。该方法通过多门延迟来重塑伪码的自相关函数,用于找到直射信号的伪码真实位置和接收机码跟踪环路鉴别结果之间的偏差,进一步通过曲线拟合方法更加精确地计算出该偏差,最后将该偏差通过开环方法补偿给伪距计算,使得接收机在不改变环路跟踪性能和抗动态干扰性能的前提下实现定位性能的提升。仿真结果表明新算法在前端带宽的影响下对短、中长多径均能进行有效地抑制。      

高动态宽带信号码跟踪方法仿真分析

针对高动态场景,单独的码环路很难实现跟踪,由于高动态载波跟踪的算法很成熟,通常应用载波跟踪结果对码环路进行辅助,针对窄体制信号,这种方法可以帮助消除码环的动态误差,但对宽体制信号来说,辅助力度减小。从高动态宽带信号码跟踪误差门限以及跟踪精度入手,分析了单独码跟踪算法的易失锁性,理论和仿真验证应用高动态载波跟踪结果辅助码跟踪算法的有效性,且具有高的跟踪精度。这为导航接收机的跟踪算法提供了理论依据。     

CCFR算法在BOC(2n,n)信号应用中的研究

随着卫星导航信号的发展,BOC调制信号被广泛应用,然而,根据最新的研究发现,BOC信号在同步捕获方面还有许多新的挑战。考虑到副峰抑制方面现有方法的不足,本文研究BOC(2n,n)信号的特征并基于多通道相关函数的连接提出CCFR算法。通过理论研究和仿真模拟,CCFR算法可以消除第一副峰并且可以抑制其它次的副峰。且副峰抑制的性能方面优于现有的算法。      

基于GPS单频软件接收机的捕获与跟踪算法实现

在分析基于软件无线电全球定位系统（GPS）接收机结构的基础上,研究了GPS单频软件接收机的捕获和跟踪算法,并基于MATLAB平台在PC上仿真了GPS单频软件接收机样机。信号捕获采用基于快速傅里叶变换（FFT）的并行码相位搜捕算法;信号跟踪联合使用超前滞后非相干延迟锁定环和科斯塔斯环的跟踪环结构。采用实测数据对信号捕获、跟踪算法进行了分析和验证。结果表明：仿真的GPS单频软件接收机具备基本的基带信号处理功能。     

NH码对新一代GNSS信号捕获跟踪的影响

针对传统跟踪环路在跟踪调制有NH码的GNSS信号时性能下降的问题,在建立接收信号模型的基础上,推导了积分清零电路中积分幅值的概率密度函数,通过分析频率误差与积分幅值的关系,对NH码调制造成的跟踪性能下降的原因进行了研究,结论表明,调制有NH码的GNSS跟踪要求信号捕获得到的多谱勒频率偏差更小。通过软硬件接收机对常用的鉴频器进行了测试,结果表明,频率误差较大时二象限鉴频器无法锁定,四象限鉴频会导致频率误锁,而精细捕获后采用二象限鉴频能正确跟踪信号,与理论分析一致。     

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．      

BOC调制信号多径误差分析

针对导航信号的多径误差分析,在多径误差包络曲线分析方法基础上提出了多径误差包络期望分析方法。与包络曲线分析方法相比,包络期望分析方法能够定量分析导航信号多径误差。基于包络期望分析方法,对同码速率的二进制偏移载波(BOC)调制导航信号与二进制相位控键(BPSK)调制导航信号的多径误差进行了对比分析。结果表明,BOC调制导航信号具有更小的典型多径误差。     

北斗伪距码偏差对基线解算的影响分析

北斗二代系统伪距码中存在与高度角相关的系统性偏差,该偏差会影响高精度的数据处理。基于Melbourne-Wübbena（MW）组合,分别利用现有的伪距码偏差改正模型和实测基线的双差宽巷模糊度残差,分析了伪距码偏差对基线解算的影响。理论分析表明,随着基线长度的增加,伪距码偏差对MW组合确定双差宽巷模糊度的影响越来越大,对300 km基线的影响可达0.36周。实际算例表明,无论基线长短,地球同步轨道（geostationary earth orbit,GEO）卫星的双差宽巷模糊度残差中始终存在偏差;而对于倾斜地球同步轨道（inclined geostationary orbit,IGSO）和中轨（medium earth orbit,MEO）卫星而言,当基线小于300 km时,双差基本可以消除伪距码偏差,其双差宽巷模糊度固定率基本和GPS一致,但当基线超过300 km时,部分卫星的双差宽巷模糊度残差就会存在明显偏差,其双差宽巷模糊度固定率也较低,此时需考虑伪距码偏差的影响。     

BOC调制信号多径误差分析

针对导航信号的多径误差分析,在多径误差包络曲线分析方法基础上提出了多径误差包络期望分析方法.与包络曲线分析方法相比,包络期望分析方法能够定量分析导航信号多径误差.基于包络期望分析方法,对同码速率的二进制偏移载波(BOC)调制导航信号与二进制相位控键(BPSK)调制导航信号的多径误差进行了对比分析.结果表明,BOC调制导航信号具有更小的典型多径误差.