基于部分输出FFT的CSK信号高效解调算法CSCD

为了实现精密星历数据的高速率播发,码移键控(CSK)调制技术将是下一代卫星导航系统的重要选项.CSK调制信号在解调时需要遍历计算各种码相位偏移的相关值,因此通常使用基于快速傅里叶变换(FFT)的频域解调算法.根据CSK频域解调仅需FFT部分输出结果的特点,提出了基于部分输出FFT的CSK信号频域解调算法.该算法对传统FFT的蝶形解算结构进行优化,通过定义计算节点以消除与输出结果无关的计算,从而降低解调的计算复杂度.以码率为1.023 Mcps的CSK(4,1023)调制信号为例,所提算法可节省约45.6%的计算量,这对下一代卫星导航接收机的设计具有重要的意义.     

圆周移位在伪码补零BDS信号捕获算法中的应用

D1导航电文中加入了NH码,且D2导航电文的速率也比GPS信号的快很多,使得BDS的信号结构增加了捕获难度。采用伪码补零的方法可以对BDS信号进行有效捕获,但是该方法积分时间较长导致捕获耗时变长。本文提出了一种基于圆周移位的改进伪码补零算法,将搜索中复杂的载波剥离运算用计算量很小的频谱序列的搬移操作来代替,使算法复杂度大幅下降。试验结果表明,该方法可以有效减少运算量和捕获耗时。     

卫星导航信号码片形状监测算法研究

信号质量监测技术是保障卫星导航系统高服务性能的重要手段之一。多相关器法是一种传统的信号质量监测算法,但它也存在一些局限性,如不能直观地反映异常信号波形特征、检测量效果随着信号调制方式的不同而不同、随着相关器的增多计算复杂度增大。针对以上问题,同时为了提高监测性能,本文采用了一种能获取码片过渡段的算法,并对检测量构成形式进行扩充,提出了一种高效检测量的筛选算法。最后本文对码片监测算法和多相关器算法进行了仿真与实测数据分析,验证了检测量选择算法能一定程度提高监测性能;码片监测算法相对多相关器法提高了监测敏感度,且有在实际实现时有更小的计算量及对其他体制信号更强的适用性。      

基于复杂度与性能联合优化的卫星导航信号捕获方法

针对短突发信号捕获计算复杂度高的问题，提出了一种基于复杂度和性能联合优化的卫星导航信号捕获方法，推导分析采用并行频率搜索的分段相关-视频积累捕获算法的捕获性能和计算复杂度构建联合捕获优化因子.对不同频率搜索间隔、不同接收机灵敏度和不同相关器个数三种情况分别进行了优化设计，得到其计算复杂度和捕获性能联合最优的分段数，并与传统单一捕获性能优化方法对比，仿真实验结果表明：该设计值与载噪比(CNR)、频率搜索间隔等因素相关，可以有效控制捕获算法的计算复杂度；在输入CNR为45 dB-Hz、相关器个数为8、多普勒搜索间隔为2 000 Hz的情况下，相比于传统捕获优化方法，可降低21.2%的计算复杂度.     

北斗系统信号NH码处理方法研究

北斗系统的中圆地球轨道卫星及倾斜地球同步轨道卫星信号中调制有1kbit/s的NH码。NH码的存在会造成传统的频率跟踪环路鉴别器错误输出,并且会对导航数据解码造成影响。在对上述问题分析的基础上,提出了采用二相反正切鉴别器来克服NH码跳变的影响,并利用相关法去除导航数据中的NH码后获取导航电文。最后将所提出的上述算法应用于北斗软件接收机的跟踪环路及数据解调环节,实测数据处理结果表明了算法的有效性。     

发射信号不完善性对卫星导航系统内及系统间干扰的影响分析

研究了3种典型的卫星发射信号不完善性——载波泄漏、互调失真和杂散辐射对于卫星导航信号的接收所带来的干扰,通过信号建模以及谱分离系数、码跟踪谱灵敏度系数和等效载噪比的解析计算对干扰效果进行量化分析;针对GPS和Galileo系统L1/E1频段的信号进行了多层次的仿真计算,给出了综合考虑噪声、信号损耗、外源干扰、GNSS系统内和系统间干扰,以及3种信号不完善性单独作用、两两组合和综合作用下的结果,其中对于GPS L1C/A短码考虑了电文调制对线谱的影响。结果表明,当总的不完善干扰功率水平达到一定程度后,其对接收机信号捕获跟踪和解调的影响大于系统间干扰,不能忽略。     

一种新的软件GPS静态接收机频域跟踪方法

设计一种基于FFT的软件GPS静态用户接收机频域跟踪方案.利用GPS导航电文调制周期为20个C/A码周期的特性,将块叠加(Block Addition)频域捕获的思想应用于GPS信号频域跟踪,从而大幅度节约计算量,为实时跟踪创造条件.     

基于伪码测距技术的无线定位系统设计与仿真

分析、研究了伪码测距技术的基本原理和基于伪码测距技术对空间中目标进行单点静态无线定位的实现方法,重点研究了载波分离与解调、伪码捕获与伪码跟踪等核心模块.采用MATLAB对系统方案进行仿真,验证方案的合理性;在Modelsim软件中采用Verilog语言对伪随机序列的生成载波调制载波分离与解调以及伪码同步进行仿真.根据系统功能,参考软件无线电的设计思想,设计了工作在2.4 GHz频段、基于伪码测距技术的无线定位系统硬件平台方案.文中采用理论研究仿真与实际测试对伪码测距技术进行研究实现,采集记录了测试数据,并进行了分析,为后续的方案改进提供了数据参考.      

卫星导航信号电文加密技术研究与评估

全球导航卫星系统民用信号的信号结构公开等特点,使得民用接收机受到了各种欺骗干扰的威胁。针对不同的欺骗干扰攻击,对比分析了不同电文加密技术的鲁棒性。分析表明,电文加密技术不能应对转发式干扰攻击。在对比了椭圆曲线数字签名(ECDSA)和时间效应流丢失认证(TESLA)的基础上,提出了ECDSA和TESLA组合的导航信息认证(NMA)方案。该方案解决了传统NMA的运算量和时间同步等问题。以扩频码身份认证(SCA)技术为例,仿真评估了电文加密身份认证技术的性能。仿真表明,参与身份认证能大大提高接收机的抗干扰性能。      

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。     

Navigation message demodulation for GPS receiver on-board spinning rockets

We describe a demodulation scheme for the navigation message of GPS receivers on spin-stabilized rockets. Doppler frequencies due to fast and complex dynamics, in particular high-rate spin, cause errors in carrier frequency tracking. The effects of such errors on navigation message demodulation are described through theoretical analysis and numerical simulation. A demodulation scheme that includes a frequency estimator is proposed to account for frequency tracking errors. It is demonstrated that demodulation performance is degraded 5 dB due to frequency uncertainty. Simulation results showed that a demodulator which includes maximum likelihood (ML) frequency estimator achieves near-optimal symbol error rate under these conditions. Demodulation with ML estimator achieves a bit error rate below 10^?5 for a C/N ₀?=?35 dB–Hz, for spin rates below 2.7?Hz, and a rocket radius smaller than 1 m. For the cases in which computational capabilities of the on-board GPS receiver is insufficient to implement the demodulator with ML estimator, frequency estimation methods with low complexity were also tested through numerical simulation. The proposed Kay and Quinn-Fernandes combination achieves a bit error rate below 10^?5 for a C/N ₀?=?37 dB–Hz while requiring 1/10 of processing time.     

窄带与脉冲干扰对卫星导航信号载噪比的影响

现代电磁环境日趋复杂,导航接收机受到各式各样干扰的风险越来越高,窄带干扰和脉冲干扰就是对卫星导航信号常见的压制干扰手段.不同的干扰信号具有不同的时频域特征,对卫星导航信号造成的影响也有很大差异,这种影响主要体现在信号的载噪比和误码率等方面.针对目前国内脉冲干扰的性能研究不足的现状,通过对比窄带干扰性能评估方法提出了适应...     

多普勒与伪码相位值结合的A-GPS快速定位算法研究

辅助全球定位系统通过蜂窝网基站提供给A-GPS接收机捕获辅助信息、辅助星历、时间与概略坐标,解决了微弱信号下的定位问题。从信号捕获到完成跟踪,解码导航电文需要经历相关锁定、相位锁定、比特同步、帧同步等过程,在信号很弱以至于无法实现帧同步、不能解调卫星TOW的情况下,常规定位算法无法实现定位。文中提出多普勒与伪码相位结合的A-GPS快速定位算法,利用伪码相位值进行伪距重构法消去整数毫秒伪距中隐含的公共误差,利用多普勒定位提供的初值保证初始位置和时间误差在0.5光毫秒以内,实现了粗时间、粗位置辅助下利用多普勒与伪码相位值的A-GPS快速定位。     

GPS navigation data bit decoding error during strong equatorial scintillation

Strong equatorial scintillation is often characterized by simultaneous fast phase changes and deep amplitude fading. The combined effect poses a challenge for GNSS receiver carrier tracking performance. One of the consequences of the strong scintillation is increased navigation message data bit decoding error. Understanding the rate of the data bit decoding error under equatorial scintillation is essential for high accuracy and high integrity applications. We present the statistical relationship between the data bit decoding error occurrences and the intensity of amplitude scintillation based on the processing of intermediate frequency GPS scintillation data collected on Ascension Island in March 2013. A third-order phase lock loop (PLL) is implemented to process the data and to access the data bit error typically expected in conventional receivers. A Kalman filter-based PLL is also used to process the same data to demonstrate that the data bit decoding error can be reduced through advanced carrier tracking designs.     

一种基于软相关的GNSS比特同步方法

接收机中因为比特同步错误而导致的导航电文提取失败和伪距计算错误等问题非常普遍。目前的比特同步算法主要是直方图法。其中,基于硬判决的直方图法应用较为广泛,主要是因为其实现方便,但在低载噪比下同步成功率太低,无法满足工程需求。因此,需要对低信噪比下的bit同步算法进行研究。本方案提出了直方图法与软相关结合的bit同步算法。首先,模拟产生在不同载噪比下的GNSS信号数据,它有20个比特边界。然后,采用两种算法进行比特同步。重复仿真多次,每次仿真采用随机的比特边界,得到每种算法在不同载噪比下的正确比特同步概率。分析仿真结果发现,比特同步的时间越长,各算法的正确概率越大。在低载噪比下,软相关方法远高于传统的直方图法。最后基于altera arriaV芯片完成了软相关的比特同步方案工程实现。      

北斗三号B1频点信号软模拟源设计

通过对全球卫星导航系统(GNSS)完整信号流程的精密仿真,建立合理的卫星信号数学模型,产生多种环境下的中频信号,能够为GNSS服务性能评估提供良好的仿真和测试平台,对导航信号各层结构模块化处理并优化算法.?导航电文模块结合轨道仿真软件外推轨道参数,保证了电文参数的真实有效性.?数据采用分段产生信号再校验叠加的方式,保证...     

GPS multipath mitigation: a nonlinear regression approach

Under the assumption that the surrounding environment remains unchanged, multipath contamination of GPS measurements can be formulated as a function of the sidereal repeatable geometry of the satellite with respect to the fixed receiver. Hence, multipath error estimation amounts to a regression problem. We present a method for estimating code multipath error of GPS ground fixed stations. By formulating the multipath estimation as a regression problem, we construct a nonlinear continuous model for estimating multipath error based on well-known sparse kernel regression, for example, support vector regression. We will empirically show that the proposed method achieves state-of-the-art performance on code multipath mitigation with 79 % reduction on average in terms of standard deviation of multipath error. Furthermore, by simulation, we will also show that the method is robust to other coexisting signals of phenomena, such as seismic signals.